Erstellen Sie einen DIY Desktop 3D-Scanner mit unendlicher Auflösung.
Wenn Sie bereits eine Kamera haben, kostet die Fertigstellung dieses Projekts weniger als 50 US-Dollar. Wenn Sie gerne bei AliExpress einkaufen, können Sie es wahrscheinlich für etwa 30 US-Dollar bauen. Wenn Sie Ihren lokalen Mittelsmann unterstützen möchten, haben Sie auch mehr Leistung, aber es kostet etwas mehr. Die oben gezeigte Riesenschraube wurde aus einer normalen Trockenbauschraube hergestellt, die mit diesem Scanner und einer Nikon-DSLR aufgenommen wurde.
Das 3D-Scannen auf dem Desktop hat in den letzten Jahren große Fortschritte gemacht, weist jedoch immer noch große Einschränkungen auf. Die Scannerhardware basiert auf einem bestimmten Scanvolumen und einer bestimmten Auflösung. Sie können anständige Ergebnisse erzielen, aber nur, wenn Ihr Objekt zu diesem Sweet Spot passt. Wenn Ihr Objekt zu klein oder zu detailliert ist oder Ihr Scanner gerade einen schlechten Tag hat, sieht Ihr Scan wie eine Kartoffel aus. Zum Glück gibt es einen anderen Ansatz. Bei der Photogrammetrie werden reguläre 2D-Fotos verwendet, die aus allen Winkeln um ein Objekt aufgenommen wurden. Wenn ein Punkt auf einem Objekt in mindestens drei Bildern zu sehen ist, kann seine Position trianguliert und in drei Dimensionen gemessen werden. Durch die Identifizierung und Berechnung des Standorts von Tausenden oder sogar Millionen von Punkten kann die Software eine äußerst genaue Reproduktion erstellen. Im Gegensatz zu einem hardwarebasierten Scanner gibt es bei diesem Prozess keine Größen- oder Auflösungsbeschränkungen. Wenn Sie ein Objekt fotografieren können, können Sie es in 3D scannen. Es funktioniert von Molekülen zu Galaxien, oder es würde, wenn sie jemals meine Hubble-Zeit genehmigen würden.
Der begrenzende Faktor bei der Photogrammetrie ist die Qualität der Fotos und damit das Können des Fotografen. Fotos müssen gut belichtet und gestochen scharf sein. Sie müssen außerdem um das Objekt herum beabstandet sein, damit sie jedes zu scannende Teil erfassen und sich so überlappen, dass die Software herausfinden kann, wo jede Aufnahme hingehört. Bei großen Objekten kann dies mit etwas Übung manuell durchgeführt werden, bei einem kleinen Objekt ist dies jedoch praktisch unmöglich. Dieser Scanner automatisiert den Prozess.
Schritt 1: Wie es funktioniert
Ein qualitativ hochwertiger Photogrammetrie-Scan erfordert qualitativ hochwertige Fotos des Motivs aus allen Winkeln. Der einfachste Ansatz zum Scannen kleiner Objekte besteht darin, das Motiv während des Fotografierens zu drehen. Dieser Scanner verwendet einen Schrittmotor, der von einer Arduino-Platine gesteuert wird. Der Stepper dreht das Objekt um einen festen Betrag und dann löst eine Infrarot-LED eine teuflisch clevere Reihe von Blinkzeichen aus, die die Funkfernbedienung der Kamera imitieren. Die Kamera ist ziemlich leichtgläubig und möchte das Bild aufnehmen.
Ein LCD-Display mit einer Reihe von Tasten ermöglicht es dem Benutzer, das Arduino zu steuern. Mit den Tasten kann der Benutzer die Anzahl der Bilder auswählen, die pro Umdrehung aufgenommen werden sollen. Der Scanner kann im automatischen Modus ausgeführt werden, in dem er ein Bild aufnimmt, den Stepper vorschiebt und wiederholt, bis eine ganze Umdrehung abgeschlossen ist. Es gibt auch einen manuellen Modus, in dem jeder Knopfdruck ein Bild aufnimmt, den Stepper vorschiebt und wartet. Dies ist nützlich für Scans, bei denen jedes Bild manuell gerahmt und fokussiert werden muss.
Schritt 2: Einige Tipps zum Aufnehmen für die Photogrammetrie
Wenn eine Photogrammetrie-Software ein Merkmal in einem Foto erkennt, versucht sie, dieses Merkmal in anderen Fotos zu finden, und zeichnet seine Position in allen angezeigten Aufnahmen auf. Wenn das Feature Teil des rotierenden Objekts ist, erhalten wir gute Daten. Wenn sich die erkannte Funktion im Hintergrund befindet und sich nicht bewegt, während sich der Rest des Objekts befindet, kann dies zumindest für Ihre Software zu einer Implosion des Zeit-Raum-Kontinuums führen. Es gibt zwei Lösungen. Eine besteht darin, die Kamera um das Objekt zu bewegen, damit der Hintergrund mit der Bewegung synchron bleibt. Dies funktioniert gut für große Objekte, ist jedoch viel schwieriger zu automatisieren. Die einfachere Lösung besteht darin, den Hintergrund ohne Merkmale zu halten. Dies ist bei kleinen Objekten einfach zu bewerkstelligen. //www.thingiverse.com/thing:548006 enthält ein Blatt normales Papier wie einen Fotostudio-Sweep, der einen nahtlosen weißen Hintergrund darstellt. Kombinieren Sie dies mit der richtigen Beleuchtung und Sie sind auf dem besten Weg zu einem Hintergrund ohne Merkmale. Ein weiterer Tipp ist, Ihre Bilder um ein oder zwei Stufen zu überbelichten. Auf diese Weise können Sie mehr Details in den Schatten eines Objekts erfassen und gleichzeitig den Hintergrund ausbrennen, sodass alle verbleibenden Hintergrundmerkmale im leuchtenden Weiß verschwinden.
Schritt 3: Was Sie brauchen
Ein Arduino . Jedes Arduino wird funktionieren. Ich habe einen Mega verwendet, weil er Stifte hat, die nicht von der LCD-Abschirmung abgedeckt werden, was das Verdrahten erleichtert.
Ein SainSmart 1602 LCD Shield, der ein Display und eine Reihe von Tasten zur Steuerung des Scanners bietet.
Ein Schrittmotortreiber (ich verwende einen Easy Driver) Damit kann der Arduino den Schrittmotor antreiben. Jeder Stepperfahrer sollte funktionieren, weil wir nicht viel davon verlangen, außer den Stepper zu fahren, was sie schließlich für ihren Lebensunterhalt tun.
Ein NEMA 17-Schrittmotor, der das Scan-Motiv dreht. Mit einem größeren Schrittmotor (mit einem geeigneten Treiber und Netzteil) könnte dieser Scanner skaliert werden, um Teile des riesigen Roboters zu scannen, den Sie auf dem Schrottplatz gefunden haben.
Eine 950-nm-IR-LED, die die Kamera abfeuert . Sie könnten wahrscheinlich eine von einer alten TV-Fernbedienung retten, wenn Sie die Art von Person sind, die solche Dinge unterhaltsam findet.
Eine Art Stromquelle für den Arduino- und Schrittmotor. Eine 9-V-Wandwarze funktioniert einwandfrei, eine 9-V-Batterie funktioniert zur Not, aber die Batterie muss frisch sein. Der Stepper funktioniert nicht, wenn er ausschließlich über einen USB-Anschluss mit Strom versorgt wird.
Ich habe 3D-druckbare Dateien für den Fall angehängt, den ich gemacht habe. Es ist äußerst elegant und aufgrund seiner Schönheit und seines innovativen Stils sicher die Runde von Pinterest. Obwohl es tollkühn wäre, zu versuchen, einem Design dieses Klassikers gleichzukommen, können Sie sich gerne eine eigene, kleinere Hommage einfallen lassen. und lassen Sie es mich wissen, wenn Sie es tun, weil ich einen schöneren Fall lieben würde.
Anhänge
Schritt 4: Anschließen
Das Anschließen der Teile ist ziemlich einfach, vorausgesetzt, Sie haben die Augen und Finger eines 10-Jährigen. Wenn Sie es nicht tun, können Sie vielleicht einen finden, der Ihnen hilft, oder Ihnen zumindest ihre Augen und Finger leihen. Der Plan zeigt die Pins, die ich in der Firmware verwendet habe, aber das ist sehr einfach und Sie können sie auf das umschalten, was für Sie am besten funktioniert. Die EasyDriver-Platine ist am Deckel des Gehäuses angebracht, um eine bessere Belüftung zu gewährleisten. Ich hatte geplant, einen Kühlkörper darauf zu stellen, aber es scheint ihn nicht zu brauchen. Wir drücken den Stepper nicht sehr stark. Kluge Beobachter bemerken möglicherweise, dass wir den EasyDriver über den ungeregelten Stromanschluss des Arduino ausschalten. Wahrscheinlich nicht die beste Vorgehensweise, aber es ist unwahrscheinlich, dass das Zeit-Raum-Kontinuum implodiert, weil wir nicht viel Strom verbrauchen. Ebenso habe ich einen Ballastwiderstand an der LED angebracht, nur weil jeder, der mehr weiß als ich, sagt, ich sollte. Da die LED nur kurze Impulse aussendet, hat sie nicht viel Zeit, sich unter den satten 5 V zu kochen, die das Board auslöst, aber folgen Sie hier Ihrem eigenen Gewissen. Eine 9-V-Wandwarze ist das beste Netzteil, aber eine frische 9-V-Batterie funktioniert auch, hält aber nicht lange. Wenn alles andere außer dem Stepper funktioniert, überprüfen Sie die Batterie, da das Arduino mit einer teilweise entladenen Batterie funktioniert, der EasyDriver jedoch nicht.
Sie können das Fritzing-Schema von //fritzing.org/projects/shapespeare-scanner herunterladen
Schritt 5: Laden der Firmware
Laden Sie die Firmware-Skizze herunter und öffnen Sie sie in der Arduino IDE. Die Firmware ist standardmäßig für die Verwendung mit Nikon-Kameras konfiguriert. Wenn Sie eine andere Marke verwenden, müssen Sie die Konfiguration in Zeile 47 ändern. Der Scanner implementiert die Multi-Kamera-IR-Steuerungsbibliothek von Sebastian Setz, sodass er mit fast jeder Kameramarke funktioniert, die mit einer IR-Fernbedienung arbeitet. Wenn Sie eine Leica oder eine Hassablad verwenden, können Sie es sich wahrscheinlich leisten, Herrn Setz zu beauftragen, den Fahrer für Sie zu schreiben.
Die Steuerelemente sind wie folgt:
SELECT: Startet / stoppt den automatischen Scan.
LINKS: Manueller Modus. Belichtung auslösen und eine Einheit im Uhrzeigersinn vorrücken.
RECHTS: Eine Einheit im Uhrzeigersinn bewegen, ohne die Kamera auszulösen.
AB: Eine Einheit gegen den Uhrzeigersinn stellen, ohne die Kamera auszulösen.
UP: Durchlaufen Sie die Optionen für die Anzahl der Belichtungen pro Umdrehung.
Fragen Sie mich nicht, warum ich es so angelegt habe. Das machte damals Sinn. Die Skizze ist ziemlich einfach, daher sollte es für Sie einfach sein, sie bei Bedarf anzupassen.
Wenn Sie einen Compilerfehler aus der DFR_Key-Bibliothek erhalten, installieren Sie Version 1.1. Es enthält die DFR_Key-Bibliothek im Download-Paket.
Anhänge
Schritt 6: Scannen
Die Beleuchtung ist für die Photogrammetrie von entscheidender Bedeutung. Ich benutze 3-4 JANSJÖ Schreibtischlampen von Ikea, um das Motiv zu beleuchten. Diese Lampen sind sehr einfach zu positionieren und geben viel Licht aus. Sie haben kleine Köpfe, die es leicht machen, kleine Motive zu beleuchten. Sie sind LEDs und geben daher nur sehr wenig Wärme ab. Sie können Diffusoren mit normalem Papier und Klebeband improvisieren und müssen sich keine Sorgen machen, das geheime Labor in Brand zu setzen. Plus sie sind $ 10 pro Stück! Manchmal verwende ich auch ein billiges LED-Ringlicht am Kameraobjektiv, das schönes diffuses Licht liefert, aber da es am Filterring des Objektivs angebracht ist, stört es bei Makroaufnahmen, bei denen das Motiv das Objektiv fast berührt.
Ich verwende eine 25-Dollar-Makroschiene von Amazon, um die Positionierung der Kamera zu erleichtern. Es geht um einen starren wie ein verkochter Raman (das ist sicherlich die richtige Singularform), vorausgesetzt, die Makroschiene kollabiert nicht unter dem Gewicht Ihrer schrecklich teuren und beeindruckenden Kamera (und beschuldigen Sie mich nicht, wenn dies der Fall ist) und unter der Annahme Wenn Sie Ihre Fotosession nicht mitten in einem Hurrikan abhalten, spielt die nudelartige Flexibilität keine große Rolle, da Sie die Kamera bei der Belichtung nicht wirklich berühren.
Rahmen Sie Ihr Motiv so ein, dass es das Bild so gut wie möglich ausfüllt. Stellen Sie sicher, dass so viel Bild wie möglich scharfgestellt ist. Nachdem Sie eine Umdrehung beendet haben, positionieren Sie die Kamera vertikal neu. Nehmen Sie so viele Umdrehungen auf, wie Sie für die Erfassung des Objekts benötigen.
Schritt 7: Verarbeiten Sie Ihren Scan
Sie haben derzeit viele Möglichkeiten für die Photogrammetrie-Software, aber es gibt einige Optionen, die eindeutig die Nase vorn haben:
Agisoft Photoscan ist das beste kommerzielle Paket, das aus der Ferne erschwinglich ist. Die Standardversion für 180 US-Dollar ist für diese Art des Scannens ausreichend. Seien Sie gewarnt, dass die Photogrammetrie sehr rechenintensiv ist, sodass sie (und Sie) am glücklichsten auf der leistungsstärksten Maschine laufen, die Sie aufbringen können. Wenn Sie den 486 Ihrer Großmutter verwenden und sauer sind, dass Microsoft XP nicht mehr unterstützt, wird dies für Sie schlecht enden.
Autodesk Memento liegt auf Rang zwei. Manchmal ist es besser als Agisoft, wenn Sie Fotos von geringer Qualität oder nicht viele davon haben. Es verfügt über bessere Werkzeuge für die Verarbeitung nach dem Scan, jedoch weniger Kontrolle über den Scan selbst. Memento ist Cloud-basiert. Dies ist hilfreich, wenn Sie einen alten langsamen Computer haben. Es kann jedoch ärgerlich sein, wenn Sie das Gefühl haben, dass Sie Ihren Scan mit Ihrer Babbage-Engine mit Hamsterantrieb schneller verarbeiten können. Es ist derzeit kostenlos, kann aber nicht immer so sein.
123d Catch ist Autodesks Photogrammetriepaket für Endverbraucher. Dies hat den Vorteil, dass Sie Fotos manuell ausrichten können, um einen schlechten Scan mit nicht ausreichender Überlappung zwischen den Aufnahmen zu beheben. Die Anzahl der Fotos, die Sie hochladen können, ist jedoch begrenzt, sodass es schwierig ist, etwas sehr Detailliertes zu scannen. Und nur weil Sie Fotos manuell ausrichten können, bedeutet dies nicht, dass es eine amüsante Art ist, Ihre Freizeit zu verbringen.
Schritt 8: Wohin soll es von hier aus gehen?
Machen Sie sich also einen Scanner. Nehmen Sie eine zweite Hypothek auf das geheime Versteck auf und kaufen Sie eine wirklich teure und beeindruckende Kamera oder zumindest einen anständigen Punkt und schießen Sie mit einem Makromodus. Finden Sie einen unschuldig aussehenden toten Käfer, scannen Sie ihn und verwenden Sie ihn als Grundlage für Ihre Armee von riesigen Robotermonstern, die jeden Tag die Welt erobern sollen.
Wenn Sie mehr über Photogrammetrie und 3D-Druck erfahren möchten, lesen Sie den "3dPrintingToday Podcast", der bei iTunes erhältlich ist und überall dort, wo gute Podcasts verschenkt werden. Wir haben in Show # 111 über die Erstellung dieses Scanners gesprochen. Wir sprechen in allen 125 (und zählenden) Folgen über großartige Tipps und Tricks zum 3D-Druck.
