اگر می خواهید اسکنر سه بعدی خود را بسازید، اولین قدم این است که یک وب کم پیدا کنید. اگر آن را داشته باشید، هزینه کل پروژه 40-50 دلار خواهد بود. اسکن سه بعدی رومیزی در سال های اخیر پیشرفت های زیادی داشته است، اما همچنان محدودیت های عمده ای دارد. سخت افزار این تکنیک بر اساس حجم و وضوح مشخصی از اسکن ساخته شده است. تنها در صورتی می‌توانید نتایج خوبی به دست آورید که سوژه‌تان شرایط و وضوح تصویربرداری را داشته باشد.
عکسبرداری سه بعدی چگونه کار می کند
فتوگرامتری از مجموعه ای از عکس های دو بعدی معمولی استفاده می کند که از همه جهات اطراف یک جسم گرفته شده است. اگر نقطه ای از یک جسم را حداقل در سه تصویر بتوان دید، مکان آن را می توان مثلثی و سه بعدی اندازه گیری کرد. با شناسایی و محاسبه مکان هزاران یا حتی میلیون ها نقطه، نرم افزار می تواند یک بازتولید بسیار دقیق ایجاد کند.
برخلاف یک اسکنر سخت افزاری، این فرآیند هیچ محدودیتی در اندازه یا وضوح ندارد. اگر می توانید از یک شی عکس بگیرید، می توانید آن را اسکن کنید:
- عامل محدود کننده درفتوگرامتری کیفیت عکس ها و در نتیجه مهارت عکاس است.
- عکس‌ها باید به وضوح قابل مشاهده و فوکوس باشند.
- همچنین باید در اطراف جسم قرار داده شوند تا هر قسمت از آنها پوشیده شود.
بدون اسکنر سه بعدی، فقط می توانید یک تصویر سه بعدی از اشیاء بزرگ بسازید. موارد کوچک را نمی توان اسکن کرد. برای درک این موضوع با جزئیات بیشتر، مفهوم فتوگرامتری را تجزیه و تحلیل خواهیم کرد.
فتوگرامتری چیست و چگونه بر نمایش اجسام تأثیر می گذارد؟
فتوگرامتری علم اندازه گیری از عکس ها است، به ویژه برای بازسازی موقعیت دقیق نقاط سطح. همچنین می‌توان از آن برای بازسازی مسیرهای حرکت نقاط لنگر تعیین‌شده روی هر جسم متحرک، اجزای آن و در نزدیکی محیط استفاده کرد.
به طور خلاصه، به شما این امکان را می دهد که با مقایسه شباهت های بین تصاویر و مثلث سازی آنها در فضای سه بعدی، یک شبکه سه بعدی از چندین عکس ایجاد کنید.
Photogrammetry مدتی است که وجود داشته است، اما تا زمانی که Autodesk وارد برنامه بتای Memento خود نشد، همه چیز شروع به کار کرد. Memento با خروج از مرحله بتا به ReMake تغییر نام داد. شبیه جادو به نظر می رسد، درست است؟ خب، این جادو نیست، واقعیت است. اکنون هر کسی می تواند اسکن سه بعدی را بدون صرف صدها اسکنر انجام دهد. حتی اسکنرهای سه بعدی منبع باز مقرون به صرفه نیز به دانش کمی نیاز دارند تا بتوانند به درستی کار کنند. از جانبهر کسی می تواند با فتوگرامتری به آنچه می خواهد برسد.
میز گردان - مرحله دوم ایجاد اسکنر
تنها چیزی که برای ایجاد اسکنر سه بعدی خود نیاز دارید، تلفن هوشمندتان است که شامل هدفون و یک پخش کننده است. نحوه کار به این صورت است: میل لنگ را می چرخانید و به ازای هر چرخش کامل میز گردان، دوربین گوشی با صدای هدفون 50 بار فعال می شود.
آسان! عکس ها را به رایانه خود منتقل کنید و سپس از Autodesk ReMake برای انجام کارهای شگفت انگیز استفاده کنید. شگفت‌انگیز است، اما نه تنها در مش‌بندی خوب است، بلکه ابزارهایی برای اصلاح مش، ترمیم سوراخ‌ها، تراز کردن، آماده‌سازی برای چاپ سه‌بعدی، یا به‌عنوان یک شکل سیستم به‌عنوان منبع سه‌بعدی برای بازی‌ها یا رندرها نیز فراهم می‌کند!
خب، با توجه به اینکه اپل جک هدفون را برای آیفون 7 و بالاتر حذف کرده است، از نسخه به روز شده ایجاد اسکنر استفاده خواهد شد. این بر اساس اصل کار بر روی یک ماشه برای دوربین بلوتوث است. این جایگزین نیاز به جک هدفون خواهد شد.
- اسکن فتوگرامتری با کیفیت بالا نیاز به عکس‌های با کیفیت بالا از سوژه از همه زوایا دارد.
- ساده ترین روش برای اسکن چیزهای کوچک، چرخاندن شیء در حین عکاسی است.
- برای انجام این کار، اسکنر از یک موتور پله ای استفاده می کند که توسط برد آردوینو کنترل می شود.
- استپر جسم را به مقدار ثابتی می چرخاند و سپس LED مادون قرمز با یک سری فلاش های حیرت انگیز که شبیه کنترل از راه دور بی سیم دوربین است خاموش می شود.
صفحه نمایش LCD با مجموعه ای از دکمه هابه کاربر اجازه می دهد تا آردوینو را کنترل کند. با استفاده از دکمه ها، کاربر می تواند تعداد عکس های گرفته شده در هر دور را انتخاب کند. یک اسکنر سه بعدی DIY با کیفیت بالا می تواند در حالت خودکار کار کند، جایی که عکس می گیرد، موتور پله ای را به پیش می برد و آن را تا زمانی که یک دور کامل کامل شود تکرار می کند.
همچنین یک حالت دستی وجود دارد که در آن با هر فشردن دکمه یک عکس می‌گیرد، دایل دویدن را حرکت می‌دهد و منتظر می‌ماند. این برای اسکن جزئیات مفید است. اسکنر سه بعدی بر روی کادری که تصویر را قاب می کند تمرکز می کند.
نرم افزار اضافی
وقتی نرم افزار فتوگرامتری یک ویژگی را در یک عکس تشخیص می دهد، سعی می کند آن ویژگی را در تصاویر دیگر پیدا کند و مکان را روی همه تصاویری که ظاهر می شوند ثبت می کند.
- اگر شی بخشی از یک شیء چرخان باشد، داده های خوبی دریافت می کنیم.
- اگر ویژگی شناسایی شده در پس‌زمینه باشد و در حین اسکن کردن بقیه جسم حرکت نکند، می‌تواند پیوستار فضا-زمان را، حداقل تا آنجا که به نرم‌افزار شما مربوط می‌شود، بشکند.
دو راه حل وجود دارد:
- یکی از آنها حرکت دوربین به دور سوژه است تا پس‌زمینه با حرکت همگام شود. این برای اجسام بزرگ خوب است، اما خودکار کردن فرآیند بسیار سخت تر است.
- راه حل ساده تر این است که پس زمینه را دست نخورده بگذارید. انجام این کار برای اجسام کوچک آسان تر است. حق را به آن اضافه کنیدنورپردازی می کنید و در راه رسیدن به پس زمینه های بی خاصیت هستید.
نکته دیگر این است که تصاویر خود را با یک یا دو توقف بیش از حد در معرض دید قرار دهید. این به شما این امکان را می‌دهد تا در حین جدا کردن پس‌زمینه، جزئیات بیشتری را در سایه سوژه ثبت کنید، به‌طوری‌که تمام اشیاء پس‌زمینه باقی‌مانده به رنگ سفید درخشان ناپدید شوند.
- "Arduino". دارای پین هایی است که توسط صفحه نمایش ال سی دی پوشانده نشده اند و اتصال آن را آسان می کند.
- SainSmart 1602 LCD Shield که دارای نمایشگر و چند دکمه برای کنترل اسکنر است.
- درایور موتور پله ای (ایزی درایور).
موتور پله ای NEMA 17 جسم اسکن شده را می چرخاند. با یک موتور پله ای بزرگ (با درایور و منبع تغذیه مناسب)، این اسکنر سه بعدی DIY با کیفیت بالا می تواند اسکن را افزایش دهد. LED IR 950 نانومتری دوربین را فعال می کند. برخی از مدل های محبوب اسکنرهای سه بعدی دستی بر اساس این اصل هستند. می توانید روند ساخت و ساز را با دستان خود تکرار کنید. ما چندین گزینه برای انتخاب ارائه می دهیم.
Spinscan توسط Tony Buzer: اساس همه اسکنرها
در سال 2011، تونی بوزر نابغه پرینت سه بعدی Spinscan را منتشر کرد. این یک اسکنر سه بعدی خانگی منبع باز مبتنی بر لیزر و دوربین دیجیتال است. بعداً، MakerBot از ایده‌های Spinscan برای ایجاد اسکنر دیجیتالی منبع بسته استفاده کرد.
FabScan
FabScan به عنوان یک پروژه فارغ التحصیلی آغاز شد و از آن زمان توسط یک جامعه کوچک که به کار بر روی بهبود ویژگی های آن ادامه می دهد، پذیرفته شده است. FabScan مانند بسیاری از اسکنرهای لیزری دیگر کار می‌کند، اما به کمک یک محفظه داخلی که به یکنواخت کردن سطوح نور کمک می‌کند، از اعوجاج هنگام اسکن جلوگیری می‌کند.
VirtuCube
یک روش جایگزین برای اسکنرهای لیزری، اسکنر نور ساختار یافته است. با استفاده از یک پیکو پروژکتور به جای لیزر، VirtuCube را می توان به راحتی با چند قطعه چاپی و لوازم الکترونیکی اولیه ایجاد کرد. کل این سیستم را می توان در یک جعبه کارتن قرار داد تا از دیگر منابع نوری از ایجاد خطا در چاپ جلوگیری شود.
دو اسکنر لیزری منبع باز جدید و هیجان انگیز در حال حاضر منتشر شده اند: BQ Cyclop و Murobo Atlas.
BQ - سیستم اسکن لیزری
شرکت لوازم الکترونیکی مصرفی اسپانیایی BQ اسکنر سه بعدی Cyclop را در نمایشگاه CES معرفی کرد. Cyclop از دو سطح خط لیزری، یک وب‌کم USB استاندارد و کنترل‌کننده آردوینو سفارشی BQ استفاده می‌کند. BQ برنامه اسکن خود را به نام Horus نوشته است. در حالی که گزارش‌ها می‌گویند Cyclop هنوز در دسترس نیست، BQ می‌گوید اواخر امسال عرضه خواهد شد.
"Atlas" یک پروژه توسعه یافته است که نیاز به بهبود دارد
اسکنر سه بعدی Murobo در حال حاضر به دنبال سرمایه در Kickstarter است. مانند Spinscan، Digitizer و Cyclop، Atlas از ماژول های خط لیزری و یک وب کم برای اسکن یک شی در یک پلت فرم چرخان استفاده می کند. اطلس جایگزین آردوینو رزبری پای برای ادغام کنترل و ضبط در دستگاه می شود. مانند Cyclop، خالق Atlas قول می دهد که این یک پروژه خواهد بودمتن باز. مجموعه‌های 129 دلاری فروخته شده‌اند، اما برخی از آنها با قیمت 149 دلار و 209 دلار باقی مانده‌اند.
در سال 2019، این شرکت قصد دارد یک اسکنر سه بعدی مبتنی بر تلفن هوشمند راه اندازی کند که نه تنها دید پس زمینه را نشان می دهد، بلکه در هنگام ثبت یک تصویر فوکوس ایجاد می کند. در آمریکا، کارهای جدید DIY شگفت انگیز هستند. اگر نمی دانید چگونه یک اسکنر سه بعدی بسازید، از نسخه ناتمام اطلس استفاده کنید. یک عملکرد نسبتاً واضح وجود دارد و توسعه دهندگان فقط باید دستگاه را فلش کرده و از عملکرد آن عملکردهایی که می خواهند در نتیجه آن را ببینند اطمینان حاصل کنند.
CowTech Ciclop: مدل جدید دستگاه چند منظوره
قیمت به 160 دلار می رسد (بسته به اینکه آیا قطعات سه بعدی را چاپ می کنید یا خیر). این شرکت در ایالات متحده آمریکا مستقر است. وضوح تصاویر تمام شده به 0.5 میلی متر می رسد. حداکثر حجم اسکن: 200 × 200 × 205 میلی متر. BQ اساس یک کیت اسکنر سه بعدی DIY برای چاپگر سه بعدی را تشکیل داد. با دستان خود می توانید نسخه مدل را برای ایجاد تصاویر در فضای چهار بعدی تغییر دهید.
CowTech Engineering از سرمایه های BQ استفاده کرد تا به مدل به روز شده ارزش منحصر به فردی بدهد. فرصت های جدید:
- بررسی محیط زیست،
- گرفتن پس‌زمینه،
- نمایشگر لنز به سبک معکوس.
وفادار به جنبش منبع باز، Cowtech یک کمپین Kickstarter برای جمع آوری پول برای راه اندازی نسخه تولیدی اصلی Ciclop CowTech راه اندازی کرد. این تیم هدف بزرگی برای جمع آوری 10000 دلار تعیین کرد اما با غافلگیری مواجه شدوقتی جامعه توانست 183000 دلار جمع آوری کند، خوشحال شدم. کیت دوربین سه بعدی و اسکنر تلفن CowTech Ciclop DIY متولد شد.
پس تفاوت بین نسخه CowTech و نسخه BQ DIY چیست؟
CowTech Ciclop همچنان از نرم افزار Horus 3D استفاده می کند زیرا فروشگاهی فوق العاده برای اسکن اشیاء سه بعدی است. با این حال، تفاوت‌ها در طراحی کمی متفاوت است، که تیم چندین روز را صرف توسعه آن کرد تا بتوان قطعات را روی هر چاپگر سه بعدی FDM پرینت سه بعدی کرد.
از همان جاهای خالی می توان برای توسعه دستگاه ها با دستان خود استفاده کرد. اسکنرها و پرینترهای سه بعدی این شرکت تنها حجم ساخت کمی دارند، بنابراین CowTech قطعاتی را طراحی کرده است که می توان آنها را روی هر چاپگری با حجم ساخت 115×110×65 میلی متر چاپ کرد که تقریباً در همه چاپگرهای سه بعدی یافت می شود.
Ciclop توسط CowTech:
- در اینجا نگهدارنده های لیزر قابل تنظیم وجود دارد.
- CowTech DIY از اکریلیک برش لیزری استفاده می کند.
BQ Ciclop:
- مدل ها از میله های رزوه ای استفاده می کنند.
- هیچ اکریلیک برش لیزری وجود ندارد.
بسیار مشکلی نیست، و اسکنرها هنوز هم بسیار شبیه به هم هستند، اما CowTech فقط قصد داشت طراحی موجود را بهبود بخشد، نه اصلاح آن. CowTech یک سیکلوپ آماده اسکن را به قیمت 159 دلار در وب سایت خود می فروشد. در مجموع این یک اسکنر سه بعدی ارزان قیمت است که برای اسکن سه بعدی مثلثی لیزری بسیار کارآمد است.
ماشین‌ها و میزهای چرخشی برای ایجاد اسکنر
- تلفن همراهمجهز به فناوری اسکنر سه بعدی DIY: فتوگرامتری - ویژگی فن‌آوری موجود.
- قیمت: چاپ رایگان توسط خودتان (اگرچه هزینه مواد حدود 30 دلار خواهد بود).
- ساخت این اسکنر سه بعدی DIY بسیار آسان خواهد بود. دیو کلارک، یک تولید کننده بریتانیایی، اطمینان حاصل کرد که می توان مدل ها را حتی قبل از شروع فروش از هم جدا کرد. قطعات یدکی برای ساخت اسکنرهای دیگر استفاده خواهد شد.
این به این دلیل است که مبتنی بر فتوگرامتری است، نه مثلث‌سازی لیزری، و با گوشی هوشمند شما سازگار است! می توانید فایل قابل چاپ سه بعدی را برای همگام سازی دستگاه ها دانلود کنید.
با دستان خود می توان یک اسکنر سه بعدی از وسایل بداهه ساخت. فقط باید به سازندگان DIY 3D اعتماد کنید. یک دستگاه ساده با اتصال آن به این پخش کننده، آیفون یا اندروید شما را فورا به یک اسکنر سه بعدی تبدیل می کند. سپس، با استفاده از هدفون و دوربین تلفن، بیش از 50 عکس از جسم می گیرد که با چرخش صفحه گردان، اسکن می شود.
هنگامی که این تصاویر را گرفتید، می توانید آنها را در برنامه ای مانند Autodesk ReCap بارگذاری کنید تا عکس ها را به یک فایل کامل سه بعدی تبدیل کنید.
به طور کلی این یک پروژه خلاقانه خارق العاده و یک اسکنر سه بعدی DIY عالی برای افرادی است که بودجه کمی دارند.
اسکنر سه بعدی مایکروسافت کینکت
حتی کمتر از 99 دلار است (اما دیگر فروخته نمی شود، اگرچه Kinect V2 هنوز در Xbox One در دسترس است). شعار این شرکت این است: «اسکنر سه بعدی خود را از کینکت بسازید و دوستان خود را شگفت زده کنید.
در حالی که مایکروسافت با ایجاد برنامه اسکن سه بعدی خود برای اسکنر Kinect به تقاضا پاسخ داده است، تعدادی از گزینه های شخص ثالث وجود دارد که ممکن است ارجح باشند. این موارد عبارتند از:
- Skanect، ساخته شده توسط Ocupital، که یک سنسور بافت نیز می فروشد.
- Reconstruct Me. مجموعه ای از ابزارها را فراهم می کند که به شما امکان می دهد اسکن سه بعدی را با کمتر از 100 دلار انجام دهید.
نتایج فوق العاده نیست، اما برای چنین قیمتی کاملا قابل قبول است. نشان داده شده است که از نظر کیفیت نسبت به پروتوگرامتری سنتی پایین تر است، به خصوص در جزئیات دقیق، مانند مدل های کوچک مانند دندان های کوسه. با این حال، برای اسکنرهای سه بعدی مبتدی، این یک محصول سطح ابتدایی فوق العاده است، به خصوص که ممکن است از قبل یکی برای Xbox 360 داشته باشید.
قبل از ایجاد اسکنر
دوربین های زیادی وجود دارند که می توانید استفاده کنید. البته، برای اینکه بدانید چگونه با دستان خود یک اسکنر سه بعدی از گوشی خود بسازید، باید محاسبه کنید که برای این کار چه چیزی لازم است. اگر قصد دارید از Pi Scan برای کنترل دوربین‌های خود استفاده کنید، باید از Canon PowerShot ELPH 160 استفاده کنید. اما اگر از تنظیمات دیگری استفاده می‌کنید، در اینجا چند توصیه کلی برای دوربین وجود دارد:
- به چند مگاپیکسل نیاز دارید؟ مواردی را که می خواهید اسکن کنید اندازه گیری کنید. بزرگترین اندازه متوسط را هدف بگیرید (بزرگترین اندازه های پرت را انتخاب نکنید). برای مثال، اکثر کتاب‌های درسی 22.86×27.94 سانتی‌متر هستند، حالا این اندازه را در PPI (پیکسل در سانتی‌متر) ضرب کنید که می‌خواهید بگیرید. 300-این حداقل ایمن است، اگرچه اگر بیشتر بگیرید نمی توانید اشتباه کنید. بنابراین، در مثال ما - 9 × 300=2700. 11 × 300=3300. ما به تصویری با حداقل 2700 × 3300=8،910،000 پیکسل یا حدود 9 مگاپیکسل نیاز داریم.
- به چه کنترلی نیاز دارید؟ اگر فقط یک کتاب را اسکن می کنید، یا فقط یک مورد را برای محتوای اطلاعاتی آن اسکن می کنید (برخلاف تلاش برای گرفتن ظاهر واقعی)، به عکس های خیلی خوب نیاز ندارید. اگر تنظیمات نور یا دوربین از عکسی به عکس دیگر تغییر کند، باز هم نتایج خوبی خواهید گرفت.
- سرعت شاتر - دیافراگم ISO تعادل سفیدی.
- فلاش روشن/خاموش. هر گونه پردازش تصویر سفارشی (شارپ کردن، بهبود رنگ، و غیره).
- فوکوس (به طور ایده آل توانایی قفل کردن فوکوس).
- جبران نوردهی.
- بزرگنمایی - اکثر دوربین های DSLR همه این نوع کنترل ها را امکان پذیر می کنند. برای دوربین های کامپکت، فقط دوربین های Canon Powershot که از CHDK پشتیبانی می کنند. آنها به شما اجازه می دهند تمام این پارامترها را کنترل کنید.
خیلی به بودجه بستگی دارد. اسکنرها به همان قیمت دوربین فروخته می شوند. اگر می خواهید همه کارها را خودتان انجام دهید، پس بودجه محدود است. به بخش مقرون به صرفه بازار اپتیک و قطعات یدکی توجه کنید.
- اولین مشکلی که در ساخت یک اسکنر لیزری سه بعدی با آن مواجه شد، یافتن یک پلت فرم چرخان است. در عین حال، فقط با کمک MatLab باید کنترل شود. به جای اینکه پول یا زمان زیادی خرج کنید، می توانید خرید کنیداستپر موتور 28BYJ-48-5V با برد ماژول تست درایو ULN2003.
- بعد، سکو را به شفت موتور استپر بچسبانید و آن را در شیار داخل نگهدارنده قرار دهید. پلت فرم باید با "مرمر" همسطح باشد، اما توجه داشته باشید که هر چه ارزانتر باشد، قطرهای ناسازگارتر می تواند باعث شود که همه چیز تراز نشود.
- اگر روشی برای چرخش دقیق دارید که در Mat Lab قابل کنترل است، دوربین را در هر فاصله و ارتفاعی و همچنین خط لیزر را در سمت چپ یا راست دوربین و صفحه گردان تنظیم کنید. زاویه لیزر باید بهینه باشد تا بیشتر صفحه گردان را بپوشاند، اما هیچ چیزی نیاز به دقیق بودن ندارد، ما تفاوت مقیاس مدل را در کد مدیریت خواهیم کرد.
- مهمترین بخش برای عملکرد صحیح کالیبراسیون دوربین است. با استفاده از کیت ابزار دید کامپیوتری MatLab، می‌توانید فاصله کانونی دقیق و مرکز نوری دوربین را با دقت 0.14 پیکسل به دست آورید.
آگاه باشید که تغییر وضوح دوربین، مقادیر فرآیند کالیبراسیون را تغییر می دهد. مقادیر اصلی که ما به دنبال آن هستیم، فاصله کانونی، اندازه‌گیری شده بر حسب واحد پیکسل و مختصات پیکسل مرکز نوری صفحه تصویر است.
بیشتر دوربین های کامپکت ارزان رابط نرم افزاری ندارند. آنها را فقط می توان به صورت دستی یا مکانیکی کار کرد. اما تیمی از داوطلبان نرم افزاری را توسعه داده اند که به شما امکان می دهد دوربین های کامپکت کانن را از راه دور کنترل و پیکربندی کنید. این نرم افزار نام داردCHDK.
- CHDK روی کارت SD بارگیری می شود و سپس در دوربین قرار می گیرد.
- هنگامی که دوربین راه اندازی می شود، CHDK به طور خودکار راه اندازی می شود.
- از آنجایی که CHDK هرگز تغییرات دائمی در دوربین ایجاد نمی کند، همیشه می توانید کارت اختصاصی CHDK SD را برای عملکرد عادی دوربین بردارید.
CHDK یک پیش نیاز ضروری برای کنترلرهای نرم افزاری است که در زیر ذکر شده است. کنترلرها روی رایانه شخصی یا Raspberry Pi اجرا می شوند و با نرم افزار CHDK که روی دوربین ها اجرا می شود از طریق USB ارتباط برقرار می کنند. هنگام استفاده از انواع دیگر دوربین های ارزان قیمت، تنها گزینه کنترل نوعی شروع مکانیکی یا دستی از طریق برنامه های نصب کننده همانطور که در بالا نشان داده شده است.
