Статья:

Разработка малобюджетного 3D-сканера на базе микроконтроллера

Конференция: XLIX Студенческая международная научно-практическая конференция «Молодежный научный форум»

Секция: Технические науки

Выходные данные
Назаров И.О. Разработка малобюджетного 3D-сканера на базе микроконтроллера // Молодежный научный форум: электр. сб. ст. по мат. XLIX междунар. студ. науч.-практ. конф. № 19(49). URL: https://nauchforum.ru/archive/MNF_interdisciplinarity/19(49).pdf (дата обращения: 03.06.2020)
Лауреаты определены. Конференция завершена
Эта статья набрала 0 голосов
Мне нравится
Дипломы
лауреатов
Сертификаты
участников
Дипломы
лауреатов
Сертификаты
участников
на печатьскачать .pdfподелиться

Разработка малобюджетного 3D-сканера на базе микроконтроллера

Назаров Иван Олегович
магистрант, Амурский государственный университет, РФ, г. Благовещенск
Еремин Илья Евгеньевич
научный руководитель, д-р техн. наук, проф., Амурский государственный университет, РФ, г. Благовещенск

 

Аннотация. Данная работа посвящена разработке оригинального бюджетного 3D-сканера, стоимость которого будет в разы меньше существующих при аналогичной точности и эффективности.

 

Ключевые слова: 3D, сканирование, моделирование, микроконтроллер.

 

3D-технологии уже давно не новинка для современного человека. С развитием 3D-технологий появилась идея о сканировании объектов реального мира.

Данная идея активно развивается, и уже сегодня существует масса известных методов и множество устройств для 3D-сканирования.

Тем не менее существующие 3D-сканеры все еще достаточно дороги и недоступны для множества потенциальных пользователей.

Методы 3D-сканирования удобно разделить на контактные и бесконтактные.

Контактные методы основаны на непосредственном контакте сканера с изучаемым объектом, в то время как бесконтактный напротив не используют физический контакт со сканируемым объектом.

Бесконтактные методы сканирования, в свою очередь, принято делить на активные и пассивные.

Активные бесконтактные 3D-сканеры излучают на объект некоторые направленные импульсы (свет, луч лазера, звук), и улавливает его отражение сенсором (чаще всего фотокамерой) для последующего анализа.

Пассивные сканеры же, не излучают импульсы, а вместо этого полагается на отражения окружающего излучения.

Таким образом можно выделить следующие основные методы 3D-сканирования [1]:

1) контактный – точный, но необходим физический контакт со сканируемым объектом, обладает низкой эффективностью;

2) фотограмметрия – прост в применении, но необходимо соблюдение высоких требований к окружающему освещению, с ростом качества и скорости установки в разы увеличивается ее стоимость;

3) сканирование с использованием светодиодных излучателей – высокая эффективность и низкое требование к окружающему освещению, но высокая стоимость реализации;

4) триангуляция - высокая эффективность и низкое требование к окружающему освещению, невысокая стоимость реализации, но низкая скорость работы;

5) ультразвуковой метод – высокая точность и эффективность, но высокая стоимость и высокие требования к окружающей среде.

После изучения предметной области был сделан вывод, что наиболее оптимальным методом решения поставленной задачи является метод триангуляции.

Суть данного метода заключается в наблюдении непосредственно за точками контакта лазерного импульса со сканируемым объектом.

Лазер в данном случае устанавливается под углом относительно сенсора (камеры), и его луч направляется в центр сканируемой площадки.

Камера также сфокусирована на центре сканируемой площадки.

Стоит отметить, что лазер в данном случае излучается не в виде точки, а преобразуется в линию с помощью специальных линз.

Таким образом сканер может просканировать гораздо больше точек за один импульс лазера.

Часто в таких сканерах можно встретить несколько лазерных излучателей, что в итоге дает более высокую скорость сканирования [2].

Схема работы 3D сканера, основанного на методе триангуляции изображена на рисунке 1. Сканирующая установка используется лишь для анализа сканируемого объекта, а обработка данных производиться при помощи специализированного программного обеспечения.

 

Рисунок 1. Метод триангуляции

 

Стоить отметить, что 3D-сканер является программно-техническим комплексом, поэтому установки целесообразно разделить на несколько этапов: разработка корпуса установки, программирование микроконтроллера, коммуникация электронных модулей.

 

Список литературы:
1. Ошкин Д. To be 3D or not to be // CADmaster. 2007. № 5. С. 108 – 112.
2. Fausto Bernardini, Holly E. Rushmeier. The 3D Model Acquisition Pipeline. // Comput. Graph. Forum. 21 (2) – С. 149–172.