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Construya un escáner 3D de escritorio de bricolaje con resolución infinita.

julio 10, 2021
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Si ya tiene una cámara, completar este proyecto costará menos de $ 50. Si te gusta comprar en AliExpress, probablemente puedas construirlo por alrededor de $ 30. Si le gusta apoyar a su intermediario local, también tendrá más poder, pero le costará un poco más. El tornillo gigante que se muestra arriba se hizo a partir de un tornillo para paneles de yeso normal capturado con este escáner y una cámara réflex digital Nikon.

El escaneo 3D de escritorio ha dado grandes pasos en los últimos años, pero aún tiene grandes limitaciones. El hardware del escáner se basa en un volumen y una resolución de escaneo específicos. Puede obtener resultados decentes, pero solo si su objeto se ajusta a ese punto óptimo. Si su objeto es demasiado pequeño o demasiado detallado o su escáner simplemente está teniendo un mal día, su escaneo se verá como una papa. Afortunadamente, existe otro enfoque. La fotogrametría utiliza un conjunto de fotografías 2D regulares tomadas desde todos los ángulos alrededor de un objeto. Si un punto de un objeto se puede ver en al menos tres imágenes, su ubicación se puede triangular y medir en tres dimensiones. Al identificar y calcular la ubicación de miles, o incluso millones de puntos, el software puede generar una reproducción extremadamente precisa. A diferencia de un escáner basado en hardware, este proceso no tiene limitaciones de tamaño o resolución. Si puede fotografiar un objeto, puede escanearlo en 3D. Funciona desde moléculas hasta galaxias, o lo haría si alguna vez aprobaran mi tiempo de Hubble.

El factor limitante de la fotogrametría es la calidad de las fotografías y, por tanto, la habilidad del fotógrafo. Las fotos deben estar bien expuestas y con un enfoque nítido. También deben estar espaciados alrededor del objeto para que capturen cada parte que se va a escanear y se superpongan lo suficiente como para que el software pueda determinar a dónde pertenece cada toma. Con objetos grandes, esto se puede hacer manualmente con algo de práctica, pero es prácticamente imposible hacerlo bien con un objeto pequeño. Este escáner automatiza el proceso.

Paso 1: cómo funciona

Cómo funciona

Un escaneo de fotogrametría de alta calidad requiere fotografías de alta calidad del sujeto desde todos los ángulos. El método más sencillo para escanear cosas pequeñas es girar el sujeto mientras lo fotografía. Este escáner utiliza un motor paso a paso controlado por una placa arduino. El paso a paso gira el objeto en una cantidad fija y luego un LED infrarrojo dispara una serie de parpadeos diabólicamente inteligentes que imitan el control remoto inalámbrico de la cámara. La cámara es bastante ingenua y desea agradar y toma la foto.

Un protector de pantalla lcd con un conjunto de botones permite al usuario controlar el arduino. Usando los botones, el usuario puede seleccionar el número de fotografías a tomar por revolución. El escáner puede funcionar en modo automático donde toma una foto, avanza el paso a paso y repite hasta que ha completado una revolución completa. También hay un modo manual en el que cada pulsación del botón toma una foto, avanza el paso a paso y espera. Esto es útil para escaneos en los que cada imagen debe enmarcarse y enfocarse manualmente.

Paso 2: algunos consejos para realizar fotografías para fotogrametría

Algunos consejos sobre disparos para fotogrametría

Cuando el software de fotogrametría detecta una característica en una fotografía, intenta encontrar esa característica en otras fotos y registra su ubicación en todas las tomas que aparece. Si la característica es parte del objeto que está rotando, obtenemos buenos datos. Si la característica detectada está en el fondo y no se mueve mientras el resto del objeto lo está, puede causar una implosión del continuo espacio-tiempo, al menos en lo que respecta a su software. Hay dos soluciones. Una es mover la cámara alrededor del objeto para que el fondo se mantenga sincronizado con el movimiento. Esto funciona bien para objetos grandes, pero es mucho más difícil de automatizar. La solución más sencilla es mantener el fondo sin características. Esto es fácil de hacer para objetos pequeños. https://www.thingiverse.com/thing:548006 sostiene una hoja de papel normal como un barrido de estudio fotográfico que presenta un fondo blanco impecable. Combine esto con la iluminación adecuada y estará bien encaminado hacia fondos sin rasgos distintivos. Otro consejo es sobreexponer las imágenes una o dos paradas. Esto le permite capturar más detalles en las sombras de un objeto mientras simultáneamente quema el fondo para que cualquier característica restante del fondo se desvanezca en el blanco resplandeciente.

Paso 3: lo que necesitará

Que necesitarásQue necesitarás

Un arduino. Cualquier arduino funcionará. Usé un mega porque tiene pines que no están cubiertos por el protector de la pantalla LCD, lo que facilita el cableado.

Una pantalla LCD SainSmart 1602 que proporciona una pantalla y un montón de botones para controlar el escáner.

Un controlador de motor paso a paso (Estoy usando un Easy Driver) Esto permite que Arduino maneje el motor paso a paso. Cualquier controlador paso a paso debería funcionar porque no le pedimos mucho, excepto conducir el paso a paso, que es lo que hacen para ganarse la vida después de todo.

Un motor paso a paso NEMA 17 que convierte al sujeto de escaneo. Con un motor paso a paso más grande (con un controlador y fuente de alimentación adecuados), este escáner podría escalar partes de ese robot gigante que encontró en el depósito de chatarra.

Un LED IR de 950nm que dispara la cámara. Probablemente puedas rescatar uno de un viejo control remoto de televisión si eres el tipo de persona que encuentra entretenido ese tipo de cosas.

Algún tipo de fuente de alimentación para arduino y motor paso a paso. Una verruga de pared de 9v funciona bien, una batería de 9v funciona en caso de apuro, pero la batería debe ser nueva. El paso a paso no funcionará si se alimenta únicamente con un puerto USB.

He adjuntado archivos imprimibles en 3D para el estuche que hice. Es extremadamente elegante y seguro que hará las rondas de Pinterest debido a su belleza y estilo innovador. Aunque sería imprudente intentar igualar un diseño a este clásico, siéntase libre de presentar su propio homenaje menor. y avíseme si lo hace porque me encantaría un estuche más bonito.

Paso 4: Conexión

ConectándoloConectándoloConectándolo

Conectar las piezas es bastante sencillo siempre que tenga los ojos y los dedos de un niño de 10 años. Si no es así, quizás puedas encontrar uno que te ayude, o al menos que te preste los ojos y los dedos. El plan muestra los pines que usé en el firmware, pero esto es muy simple y puede cambiarlos por lo que mejor funcione para usted. La placa EasyDriver está montada en la tapa de la caja para que tenga una mejor ventilación. Había planeado ponerle un disipador de calor, pero no parece que lo necesite. No estamos presionando mucho al paso a paso. Los observadores astutos pueden notar que estamos apagando el EasyDriver del terminal de energía no regulado del Arduino. Probablemente no sea la mejor práctica, pero es poco probable que provoque la implosión del continuo espacio-tiempo porque no estamos obteniendo mucho poder. De manera similar, incluí una resistencia de balasto en el LED solo porque todos los que saben más que yo dicen que debería hacerlo. Dado que el LED solo envía pulsos breves, no tiene mucho tiempo para cocinarse solo bajo los enormes 5v que está emitiendo la placa, pero siga su propia conciencia aquí. Una verruga de pared de 9v es la mejor fuente de alimentación, pero una batería nueva de 9v también funciona, pero no durará mucho. Si todo lo demás funciona, excepto el paso a paso, verifique la batería porque el arduino funcionará con una batería parcialmente descargada, el EasyDriver no lo hará.

Puede descargar el esquema de fritzing desde http://fritzing.org/projects/shapespeare-scanner

Paso 5: carga del firmware

Cargando el firmware

Descargue el boceto del firmware y ábralo en el IDE de Arduino. El firmware está configurado de forma predeterminada para funcionar con cámaras Nikon. Si está utilizando una marca diferente, deberá cambiar la configuración en la línea 47. El escáner implementa la biblioteca de control de infrarrojos de múltiples cámaras de Sebastian Setz para que pueda funcionar con casi cualquier marca de cámara que funcione con un control remoto de infrarrojos. Si está utilizando una Leica o una Hassablad, probablemente pueda permitirse contratar Sr. Setz para escribir el controlador por usted.

Los controles son los siguientes:

SELECCIONAR: Iniciar / Detener el escaneo automático.

IZQUIERDA: Modo manual. Active la exposición y avance una unidad en el sentido de las agujas del reloj.

DERECHA: Paso una unidad en el sentido de las agujas del reloj sin disparar la cámara.

ABAJO: Paso una unidad en sentido antihorario sin disparar la cámara.

ARRIBA: recorre las opciones para el número de exposiciones por revolución.

No me preguntes por qué lo expuse así. Tenía sentido en ese momento. El boceto es bastante simple, por lo que debería ser fácil de personalizar si es necesario.

Si obtiene un error del compilador de la biblioteca DFR_Key, intente instalar la versión 1.1. Tiene la biblioteca DFR_Key en el paquete de descarga.

Paso 6: hacer su escaneo

Haciendo su escaneo

La iluminación es fundamental para la fotogrametría. Utilizo 3-4 lámparas de escritorio JANSJÖ de Ikea para iluminar el tema. Estas lámparas son muy fáciles de colocar y emiten mucha luz. Tienen cabezas pequeñas que facilitan la iluminación de sujetos pequeños. Son LED, por lo que emiten muy poco calor. Puede improvisar difusores con papel y cinta normal y no preocuparse por prender fuego al laboratorio secreto. ¡Además, cuestan $ 10 cada uno! A veces también uso un anillo de luz LED barato en la lente de la cámara que proporciona una buena luz difusa, pero como está unida al anillo de filtro de la lente, tiende a interferir con las tomas macro en las que el sujeto casi toca la lente.

Utilizo un riel macro de $ 25 de Amazon para ayudar a colocar la cámara. Se trata de un raman rígido como un demasiado cocido (seguramente esa es la forma singular adecuada) siempre que el riel macro no se colapse bajo el peso de su cámara terriblemente cara e impresionante (y no me culpe si lo hace) y suponiendo No estás llevando a cabo tu sesión de fotos en medio de un huracán, la flexibilidad como fideos no importa mucho porque en realidad no estás tocando la cámara cuando haces la exposición.

Encuadre al sujeto para que ocupe la imagen tanto como sea posible. Asegúrese de que la mayor parte de la imagen esté enfocada. Después de terminar una revolución, vuelva a colocar la cámara verticalmente. Dispara tantas revoluciones como creas que necesitas para capturar el objeto.

Paso 7: procese su escaneo

Procesar su escaneo

Actualmente tiene muchas opciones para el software de fotogrametría, pero hay algunas opciones que claramente lideran el paquete:

Agisoft Photoscan es el mejor paquete comercial que es remotamente asequible. La versión estándar de $ 180 es adecuada para este tipo de escaneo. Tenga en cuenta que la fotogrametría es muy intensiva desde el punto de vista computacional, por lo que (y usted) será más feliz ejecutándose en la máquina más poderosa que pueda reunir. Si está ejecutando el 486 de su abuela y está enojado porque Microsoft ya no es compatible con XP, esto terminará mal para usted.

Autodesk Memento es un subcampeón cercano. A veces funciona mejor que Agisoft si tiene fotos de baja calidad, o no muchas de ellas. Tiene mejores herramientas para procesar después de que se realiza el escaneo, pero menos control del escaneo en sí. Memento está basado en la nube, lo cual es bueno si tiene una computadora vieja y lenta, pero puede ser molesto si tiene la sensación de que podría procesar su escaneo más rápido en su motor Babbage alimentado por hampster. Actualmente es gratis, pero puede que no siempre lo sea.

123d Catch es el paquete de fotogrametría a nivel de consumidor de Autodesk. Tiene la ventaja de que puede alinear fotos manualmente, lo que puede ayudar a salvar un escaneo defectuoso sin superposición suficiente entre las tomas. Pero la cantidad de fotos que puede cargar es limitada, por lo que es difícil escanear algo muy detallado. Y el hecho de que pueda alinear fotos manualmente no significa que sea una forma divertida de pasar su tiempo libre.

Paso 8: Dónde tomarlo desde aquí

Dónde tomarlo desde aquí

Así que hazte un escáner. Saca un …

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