CZ2014208A3 - Integral device for production of digitized 3D models of objects by means of photometric stereo method - Google Patents
Integral device for production of digitized 3D models of objects by means of photometric stereo method Download PDFInfo
- Publication number
- CZ2014208A3 CZ2014208A3 CZ2014-208A CZ2014208A CZ2014208A3 CZ 2014208 A3 CZ2014208 A3 CZ 2014208A3 CZ 2014208 A CZ2014208 A CZ 2014208A CZ 2014208 A3 CZ2014208 A3 CZ 2014208A3
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- light beam
- integral device
- source
- adjustable
- light source
- Prior art date
Links
Landscapes
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Abstract
Integrální zařízení (1) pro tvorbu digitalizovaných 3D modelů pomocí metody fotometrického sterea zahrnuje optické zařízení (3), polohovatelný stolek (4) pro uložení modelovaného objektu (2) a alespoň jeden okolo objektu (2) otáčející se zdroj (5) světelného svazku. Zařízení (1) umožňuje efektivněji prováděné základní modelace, velice přesné detailní modelace, a to díky velice variabilnímu nastavení vstupních parametrů pro sběr dat potřebných k provedení modelace, zejména polohy objektu (2), polohy zdroje (5) světelného svazku a polohy optického zařízení (3).An integral device (1) for creating digitized 3D models using a photometric stereo method comprises an optical device (3), a positioning table (4) for storing a modeled object (2), and at least one light beam source (5) rotating around the object (2) . The device (1) enables more efficient basic modeling, very precise detailed modeling, thanks to the very variable setting of input parameters for collecting the data needed to perform modeling, in particular the position of the object (2), the position of the light beam source (5) and the position of the optical device ( 3).
Description
Oblast technikyTechnical field
Vynález se týká integrálního zařízení pro tvorbu digitalizovaných 3D modelů objektů pomocí metody fotometrického sterea, které spadá do oblasti trojrozměrné digitalizace, tvorby 3D modelů reálných objektů, reverzního inženýrství a digitální archivace.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to an integral device for generating digitized 3D object models using a photometric stereo method which falls within the scope of three-dimensional digitization, 3D real object modeling, reverse engineering, and digital archiving.
Dosavadní stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION
V současné době existuje řada metod pro vytváření digitalizovaných trojrozměrných modelů vnějších povrchů reálných objektů. Mezi nejpoužívanější metody patří např. kontaktní měření (CMM - coordinate measuring machine), počítačová tomografie (CT), metody laserového skenování, metody založené na stereoskopickém principu záznamu, či optické metody nasvícení objektu pomocí strukturovaného nebo modulovaného světla. Předložený vynález využívá další z používaných přístupů, a tím je metoda fotometrického sterea. U všech uvedených metod jsou zaznamenaná digitální data softwarově zpracována, a následně je pomocí rekonstrukce vytvořen digitalizovaný trojrozměrný model povrchu zkoumaného objektu.Currently, there are a number of methods for creating digitized three-dimensional models of the external surfaces of real objects. The most commonly used methods include contact measurement (CMM), computer tomography (CT), laser scanning methods, methods based on the stereoscopic recording principle, or optical methods of illuminating an object using structured or modulated light. The present invention utilizes another of the approaches used, which is the photometric stereo method. In all mentioned methods, the recorded digital data is processed by software, and subsequently a digitalized three-dimensional model of the surface of the examined object is created by reconstruction.
Významným problémem většiny stávajících metod bývá spojení textury (digitálního obrazu rozložení barevnosti skutečného povrchu objektu povrchových detailů) s rekonstruovaným 3D modelem. Některé postupy vedou k modelům bez textury laserové skenování, CT. Jinde se projevuje nevýhoda snímání buď celého objektu, nebo jeho velké části. Textura zaznamenaná v příliš velké ploše je méně detailní (při daném rozlišení záznamového zařízení). Zkreslení textury se navíc výrazně zvyšuje při použití matematických transformací nezbytných pro její adaptaci a umístění na trojrozměrný model.An important problem with most of the existing methods is the connection of texture (a digital image of the color distribution of the actual surface of a surface detail object) with a reconstructed 3D model. Some procedures lead to models without texture laser scanning, CT. Elsewhere, there is the disadvantage of scanning either the entire object or a large part of it. The texture recorded in too large an area is less detailed (at a given recording device resolution). In addition, texture distortion is greatly increased by using the mathematical transformations necessary to adapt it and position it on a three-dimensional model.
Fotometrické metody (mezi které patří i fotometrické stereo) využívají vztahu mezi jasem nasvícené plochy a jejím natočením vůči přesně známému zdroji světla. Na základě vhodného matematického popisu lze pak více či méně jednoznačně vytvořit digitální model vnějšího povrchu zkoumaného objektu. Přesnost a jednoznačnost rekonstrukce objektu je silně závislá na kvalitě nasvícení scény přesně definovaným zdrojem světla, které se spolu s optickou soustavou záznamového zařízení podílí na výsledné kvalitě pořízených digitálních snímků.Photometric methods (including photometric stereo) utilize the relationship between the brightness of the illuminated surface and its rotation relative to a well-known light source. Based on a suitable mathematical description, a digital model of the outer surface of the examined object can be more or less unambiguously created. The accuracy and uniqueness of the object reconstruction is strongly dependent on the quality of the scene illumination by a precisely defined light source, which together with the optical system of the recording equipment contributes to the final quality of the captured digital images.
Volba způsobu nasvícení objektu a zařízení pro sběr obrazových dat je vždy kompromisem mezi požadovaným rozlišením detailů modelu a komplexností experimentálního zařízení. Pro vytvoření digitálního modelu jednoduchého povrchu může stačit nasvícení scény s objektem jediným světlem, avšak tento způsob nasvícení nelze použít při rekonstrukci tvarově složitých objektů (vč. omezení rekonstrukce pouze na určitou oblast na objektu), protože nasvícení jedním zdrojem světla neposkytuje dostatečný popis objektu a rekonstrukce je nejednoznačná. Nejednoznačnost rekonstrukce lze odstranit získáním souboru obrazových dat, zachycujících objekt při nasvícení z různých směrů.Choosing how to illuminate an object and a device for collecting image data is always a compromise between the required resolution of model details and the complexity of the experimental device. Illuminating a scene with an object with a single light may be sufficient to create a digital model of a simple surface, but this method of illumination cannot be used to reconstruct complexly shaped objects (including limiting reconstruction to a particular area on the object). is ambiguous. The ambiguity of the reconstruction can be eliminated by obtaining a set of image data capturing the object when illuminated from different directions.
Z přihlášky vynálezu US 20080232679 A1 je známo zařízení pro snímání 3D obrazů malých objektů využívající metodu fotometrického sterea. V dokumentu je popsáno zařízení, které zahrnuje stolek pro uložení objektu, optické zařízení, které se nachází nad objektem, a zdroj světla, který rotuje okolo objektu a nasvěcuje ho. Stolek, na kterém je umístěn objekt lze polohovat v horizontálním a vertikálním směru. Nevýhody řešení spočívají vtom, že zdroj světla je staticky upevněný kotočnému nosnému rameni, takže lze nasvícení objektu měnit pouze změnou polohy stolku.US 20080232679 A1 discloses a device for capturing 3D images of small objects using a photometric stereo method. The document describes a device that includes an object storage table, an optical device located above the object, and a light source that rotates around the object and illuminates it. The table on which the object is placed can be positioned horizontally and vertically. The disadvantages of the solution are that the light source is statically fixed to the pivoting support arm, so that the illumination of the object can only be changed by changing the position of the stage.
Úkolem vynálezu je vytvoření zařízení pro tvorbu digitalizovaných 3D modelů povrchu objektů, které bude umožňovat adaptabilní nasvícení objektu, bude využívat více možností nasvícení objektu, jako jsou např. různé barvy světla, odlišné úhly nasvícení, rozbíhavé, nebo kolimované světlo, a bude osvětlovat objekt pro nasnímání více datových souborů najednou.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide an apparatus for generating digitized 3D object surface models that allows adaptive illumination of an object, utilizes multiple object illumination options, such as different light colors, different light angles, diverging or collimated light. capture multiple data files at once.
Podstata vynálezuSUMMARY OF THE INVENTION
Vytčený úkol je vyřešen pomocí integrálního zařízení pro tvorbu digitalizovaných 3D modelů objektů podle tohoto vynálezu.The object is solved by an integral device for creating digitized 3D models of objects according to the invention.
Integrální zařízení pro tvorbu digitalizovaných 3D modelů objektů pomocí metody fotometrického sterea zahrnuje alespoň jedno optické zařízení sestávají z objektivu a fotoaparátu pro záznam digitálního obrazu. Optické zařízení se nachází nad polohovatelným stolkem, na kterém je umístěn snímaný objekt. Polohovatelný stolek s objektem nasvěcuje alespoň jeden zdroj světelného svazku rotující kolem osy rotace zařízení.An integral device for generating digitized 3D object models using the photometric stereo method comprises at least one optical device consisting of a lens and a camera for recording a digital image. The optical device is located above the adjustable table, on which the object is located. The positionable object table illuminates at least one light source source rotating about an axis of rotation of the device.
Podstata vynálezu spočívá vtom, že vzdálenost zdroje světelného svazku od osy rotace je nastavitelná, že výška zdroje světelného svazku od polohovatelného stolku je nastavitelná, a že světelný svazek ze zdroje je vyzařován na polohovací stolek pod nastavitelným elevačním úhlem. Nastavení vzdálenosti od osy rotace, nastavení výšky zdroje světelného svazku a nastavení elevačního úhlu dopadu světelného svazku poskytuje širokou paletu možností, jak snímaný a modelovaný objekt nasvítit, čímž je zařízení vhodné pro nejrůznější druhy objektů s různou výškou reliéfu a texturou.The principle of the invention is that the distance of the light source from the axis of rotation is adjustable, that the height of the light source from the positioning table is adjustable, and that the light source from the source is emitted to the positioning table at an adjustable elevation angle. Adjusting the distance from the axis of rotation, adjusting the height of the light source, and adjusting the elevation angle of incidence of the light beam provide a wide variety of ways to illuminate the scanned and modeled object, making the device suitable for a wide variety of objects with different relief heights and textures.
V dalším výhodném provedení integrálního zařízení pro tvorbu digitalizovaných 3D modelů objektů podle tohoto vynálezu leží optické zařízení a objekt na jedné ose rotace a současně sdílí osu rotace mezi nimi uspořádána rotační hlava opatřená alespoň jedním zdrojem světelného svazku, přičemž je rotační hlava zkonstruována pro přímou viditelnost mezi objektem a optickým zařízením. Nastavení optického zařízení a objektu do společné osy rotace usnadňuje výpočet dle metody fotometrického sterea. Rotační hlava nepřenáší otřesy na objekt při rotaci, jako je to v případě pohonu rotace zdroje světelného svazku umístěného pod rotačním stolkem, přičemž nepřekáží při tvorbě snímků.In another preferred embodiment of the integral device for generating digitized 3D object models according to the present invention, the optical device and the object lie on a single axis of rotation and simultaneously share a rotation axis between them rotating head provided with at least one light beam source. object and optical device. Adjusting the optical device and the object to a common axis of rotation makes it easier to calculate according to the photometric stereo method. The rotating head does not transmit vibrations to the object as it rotates, as is the case with the rotation of the light source source located below the rotary stage, and does not interfere with the creation of images.
V dalším jiném výhodném provedení integrálního zařízení pro tvorbu digitalizovaných 3D modelů objektů podle tohoto vynálezu má rotační hlava v podstatě tvar prstence, a současně je k rotační hlavě uspořádáno vodorovné nosné rameno, ke kterému je kolmo uspořádáno svislé nosné rameno, a na svislém nosném rameni je uspořádán zdroj světelného svazku, přičemž svislé nosné rameno je posuvné po vodorovném nosném rameni a zdroj světelného svazku je posuvný po svislém nosném rameni. Prstencový charakter rotační hlavy zahrnuje otvor uprostřed rotační hlavy, kterým může optické zařízení snímat objekt. Nosná ramena zavěšená na rotační hlavu • · · ·In another preferred embodiment of the integral device for generating digitized 3D object models according to the present invention, the rotating head is substantially ring-shaped, and at the same time a horizontal support arm is arranged to the rotary head to which the vertical support arm is perpendicularly arranged, and a light beam source is provided, wherein the vertical support arm is movable on the horizontal support arm and the light beam source is movable on the vertical support arm. The annular nature of the rotating head includes an opening in the center of the rotating head through which the optical device can sense the object. Supporting arms suspended on a rotating head • · · ·
• · · · umožňují manipulaci se zdrojem světelného svazku, aniž by došlo ke stínění. Toto uspořádání je výhodné, protože se snižuje počet nezbytných světel.• allow · manipulation of the light source without shielding. This arrangement is advantageous because the number of necessary lights is reduced.
V dalším jiném výhodném provedení integrálního zařízení pro tvorbu digitalizovaných 3D modelů objektů podle tohoto vynálezu je rotační hlava vybavena alespoň jedním zdrojem bílého světla pro osvícení objektu. Výhodné je, že difúzní bílé světlo umožňuje při vypnutých ostatních zdrojích světelného svazku homogenně nasvítit povrch objektu, a tím zachytit jeho barevnost. Snímek barevnosti objektu slouží k vytvoření textury povrchu objektu, jež je aplikována na výsledný model povrchu.In another preferred embodiment of an integral device for generating digitized 3D object models according to the present invention, the rotating head is equipped with at least one white light source to illuminate the object. Advantageously, the diffuse white light allows the surface of the object to be homogeneously illuminated while other light source sources are switched off, thereby capturing its color. Object coloring snapshot is used to create an object surface texture that is applied to the resulting surface model.
V dalším jiném výhodném provedení integrálního zařízení pro tvorbu digitalizovaných 3D modelů objektů podle tohoto vynálezu sestává zdroj světelného svazku z osvětlovače a z naklápěcího zrcátka pro odraz světelného svazku na polohovatelný stolek. Vzhledem k tomu, že se využívají telecentrické osvětlovače a použitá naklápěcí zrcátka jsou bez optických vad, je zachována paralelita paprsků světelného svazku i po odrazu. Mechanismus naklápění zrcátek i jeho obsluha je jednodušší než naklápění celého osvětlovače. Osvětlovač je na rotační hlavě orientován svisle dolů, přičemž zrcátko je uspořádáno odraznou plochou proti osvětlovači s možností vertikálního posunu ve výšce mezi polohovatelným stolkem a osvětlovačem. Toto uspořádání je výhodné, protože není potřeba vodorovné nosné rameno. Tím jsou zmenšeny prostorové nároky na mechanismus zařízení.In another preferred embodiment of an integral device for generating digitized 3D object models according to the invention, the light beam source comprises an illuminator and a tilt mirror for reflecting the light beam onto a positioning table. As telecentric illuminators are used and the tilting mirrors used are free of optical defects, the beam rays are kept parallel to reflection. The mirror tilt mechanism and operation is easier than the entire illuminator tilt. The illuminator is oriented vertically downward on the rotary head, the mirror being arranged by a reflecting surface opposite the illuminator, with the possibility of vertical displacement at a height between the adjustable table and the illuminator. This arrangement is advantageous because a horizontal support arm is not required. This reduces the space requirement of the device mechanism.
V dalším jiném výhodném provedení integrálního zařízení pro tvorbu digitalizovaných 3D modelů objektů podle tohoto vynálezu je opatřeno třemi zdroji světelného svazku, kde je každý zdroj světelného svazku nastavitelný vůči polohovatelnému stolku nezávisle na nastavení ostatních zdrojů světelných svazků vůči polohovacímu stolku, nebo mají zdroje světelných svazků nastaveny stejné parametry vzdálenosti od osy rotace, výšky od polohovatelného stolku a velikosti elevačního úhlu, a jsou okolo osy rotace uspořádány v pravidelných úhlových rozestupech. Výhoda zařízení spočívá v možnosti získat tři odlišné soubory dat pro každé otočení rotační hlavy okolo osy rotace, a tím výrazně urychlit měření. Současně toto uspořádání umožňuje optimalizaci elevačního úhlu nasvícení při měření metodou fotometrického sterea.In another preferred embodiment of the integral device for generating digitized 3D object models according to the present invention, there are three light beam sources wherein each light beam source is adjustable relative to the positioning table independently of the other light beam sources relative to the positioning table, or the light source sources are set the same parameters of distance from the axis of rotation, height from the adjustable table, and magnitude of the elevation angle, and are arranged at regular angular intervals about the axis of rotation. The advantage of the device lies in the possibility of obtaining three different sets of data for each rotation of the rotating head about the axis of rotation, thereby significantly accelerating the measurement. At the same time, this arrangement makes it possible to optimize the elevation angle of illumination when measured by the photometric stereo method.
« · · · · · · ··· · ····· ··«· · · · · ··· · ····· ··
9 9 · · ·· • · · ·· «·· · · ··· ·····9 9 · · ··· · · ··· · · · ··· ·····
V dalším jiném výhodném provedení integrálního zařízení pro tvorbu digitalizovaných 3D modelů objektů podle tohoto vynálezu emituje každý zdroj světelného svazku světelný svazek odlišné barvy. Je výhodné použít několik spektrálně odlišných nejlépe monochromatických barev světelných svazků, neboť se snímá kombinace těchto barev. Povrch modelovaného objektu ovlivňuje vzájemný výsledný poměr dopadajících barevných světelných svazků, a to vytváří jiné barvy odrážející se od objektu. Pozorované barvy povrchu jsou výsledkem kombinace těchto barev, z nichž lze metodou kódovaného fotometrického sterea stanovit topografii povrchu. Toto uspořádání je výhodné zejména pro záznam objektů, které se v čase mění.In another preferred embodiment of the integral device for generating digitized 3D object models according to the present invention, each light beam source emits a light beam of a different color. It is advantageous to use several spectrally different, preferably monochromatic, colors of the light beams as a combination of these colors is sensed. The surface of the modeled object affects the resulting ratio of the incident color light beams, creating other colors reflecting off the object. The observed surface colors are the result of a combination of these colors, from which the surface topography can be determined by the coded photometric stereo method. This arrangement is particularly advantageous for recording objects that change over time.
V dalším jiném výhodném provedení integrálního zařízení pro tvorbu digitalizovaných 3D modelů objektů podle tohoto vynálezu je opatřeno nejméně dvěma zdroji světelného svazku, přičemž jeden zdroj světelného svazku je upraven pro promítnutí strukturovaného světla na polohovatelný stolek. Promítnutím mřížky je eliminováno zkreslení topografie stanovené metodou fotometrického sterea u větších objektů. Projekce mřížky přes celý objekt umožňuje získat hrubou topografickou síť celého povrchu objektu a na ní potom umísťovat lokálně přesná data zrekonstruovaná metodou fotometrického sterea.In yet another preferred embodiment of the integral device for generating digitized 3D object models according to the invention, there is at least two light beam sources, one light beam source adapted to project structured light onto a positioning table. Projection of the grid eliminates distortion of the topography determined by the photometric stereo method in larger objects. Projection of the grid across the whole object allows to obtain a coarse topographic network of the whole surface of the object and then place locally accurate data reconstructed by the photometric stereo method.
V dalším jiném výhodném provedení integrálního zařízení pro tvorbu digitalizovaných 3D modelů objektů podle tohoto vynálezu je polohovatelný stolek automatizovaně polohovatelný na mechanických osách pohybu stolku. Pomocí postupného skenování vzorku po menších částech povrchu a následného spojení dílčích rekonstrukcí je možné získat detailní model povrchu celého objektu.In yet another preferred embodiment of an integral device for generating digitized 3D object models according to the present invention, the positioning table is automatically positionable on the mechanical axis of movement of the table. By gradual scanning of the sample over smaller parts of the surface and subsequent connection of partial reconstructions it is possible to obtain a detailed model of the surface of the whole object.
Výhody integrálního zařízení pro tvorbu digitalizovaných 3D modelů objektů jsou v adaptovatelnosti nasvícení objektu pro dokonalé nasnímání, v jednoduché konstrukci, v rychlosti pořízení souborů dat a s tím spojené efektivnosti práce.The advantages of an integral device for creating digitized 3D object models are in the adaptability of the object illumination for perfect shooting, in simple construction, in the speed of acquisition of data files and the associated efficiency of work.
Přehled vyobrazení na výkresechOverview of the drawings
Vynález bude blíže objasněn na výkresech, kde obr. 1 vyobrazuje schematický bokorysný pohled na zařízení s telecentrickým zdrojem světelného svazku a se zdrojem strukturovaného světla, obr. 2 vyobrazuje schematický bokorysný pohled na • · · · • · • · · · zařízení s osvětlovačem a naklápěcím zrcátkem, obr. 3 vyobrazuje axonometrický pohled na zařízení s jedním zdrojem světelného svazku, obr. 4 vyobrazuje axonometrický pohled na zařízení s jedním telecentrickým zdrojem světelného svazku a s jedním laserovým zdrojem světelného svazku, obr. 5 vyobrazuje axonometrický pohled na zařízení se zdrojem světelného svazku sestávajícím z osvětlovače a zrcátka a obr. 6 vyobrazuje axonometrický pohled na zařízení se třemi telecentrickými zdroji světelného svazku.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The invention will be explained in more detail with reference to the drawings, in which: Figure 1 shows a schematic side view of a device having a telecentric light source and a structured light source; Figure 2 shows a schematic side view of an illuminator device; Fig. 3 shows a perspective view of a device with one light source; Fig. 4 shows a perspective view of a device with one telecentric light source and one laser beam source; Fig. 5 shows a perspective view of a device with light source; FIG. 6 shows an axonometric view of a device with three telecentric light beam sources.
Příklad uskutečnění vynálezuDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Rozumí se, že dále popsané a zobrazené konkrétní příklady uskutečnění vynálezu jsou představovány pro ilustraci, nikoli jako omezení příkladů provedení vynálezu na uvedené případy. Odborníci znalí stavu techniky najdou nebo budou schopni zjistit za použití rutinního experimentování větší, či menší počet ekvivalentů ke specifickým uskutečněním vynálezu, která jsou zde speciálně popsána. I tyto ekvivalenty budou zahrnuty v rozsahu následujících patentových nároků.It is to be understood that the specific embodiments of the invention described and illustrated below are presented by way of illustration and not by way of limitation of the examples to the examples. Those skilled in the art will find or will be able to detect, using routine experimentation, more or less equivalents to the specific embodiments of the invention specifically described herein. These equivalents will also be included within the scope of the following claims.
Na schematickém vyobrazení zařízení 1 pro tvorbu digitálních modelů na obr. 1 je vidět vertikální osa o. Osa o prochází optickým zařízením 3, které sestává z objektivu a digitálního fotoaparátu. Objektiv umožňuje detailní přiblížení obrazu osvětlené pracovní oblasti na ploše polohovatelného stolku 4 a fotoaparát je připojen k externímu nevyobrazenému počítači. V příkladu uskutečnění má uváděný počítač význam jako řídící člen, prostředek pro uložení dat a jako výpočetní a vyhodnocovací prostředek metody fotometrického sterea. Optické zařízení 3 je zavěšeno s možností vertikálního pohybu.A schematic representation of the digital modeling apparatus 1 of FIG. 1 shows the vertical axis o. The axis o passes through the optical device 3, which consists of a lens and a digital camera. The lens allows close-up zooming of the illuminated work area on the surface of the adjustable stand 4 and the camera is connected to an external, not illustrated computer. In an exemplary embodiment, said computer has a meaning as a control member, a data storage means and as a computing and evaluation means of the photometric stereo method. The optical device 3 is suspended with the possibility of vertical movement.
Na ose o rotace je pod objektivem optického zařízení 3 umístěn polohovatelný stolekA positioning table is located on the axis of rotation below the objective of the optical device 3
4. Osa o rotace prochází středem osvětlené pracovní oblasti. Na polohovatelný stolek 4 se umisťuje modelovaný objekt 2. Polohovatelný stolek 4 umožňuje pohyb ve třech základních směrech. Pohyb po ose x a po ose γ umožňuje postupně spočinout celé ploše polohovatelného stolku 4 v osvětlené pracovní oblasti. To je výhodné, zejména při detailním snímání jednotlivých dílčích částí modelovaného objektu 2. Pohyb ve směru osy z umožňuje současně s vertikální pohyblivostí optického zařízení 3 mechanický zoom, přičemž detailní přiblížení je provedeno • · · · • · · · • · • · « optikou objektivu optického zařízení 3. Polohovatelný stolek 4 má posuv v osách x, y a z pohybu zajištěn krokovým motorem s vysokou přesností nastavení polohy v řádech jednotek mikrometrů. Pohon posuvu je ovládán z řídícího členu a je plně automatizován. Pohyby zařízení 1 jsou zvýrazněny na obr. 3.4. The axis of rotation passes through the center of the illuminated work area. The modeled object 2 is placed on the adjustable table 4. The adjustable table 4 allows movement in three basic directions. Movement along the x-axis and the γ-axis makes it possible to gradually rest the entire surface of the adjustable table 4 in the illuminated working area. This is advantageous, in particular when detecting in detail the individual parts of the modeled object 2. Z-axis movement allows a mechanical zoom simultaneously with the vertical mobility of the optical device 3, with a close-up zoom being performed through the optics The positioning table 4 has a x, y and z motion displacement provided by a stepper motor with high positioning accuracy in the order of micrometer units. The feed drive is controlled from the control member and is fully automated. The movements of the device 1 are highlighted in Fig. 3.
Mezi polohovatelným stolkem 4 a optickým zařízením 3 je na ose rotace uspořádána rotační hlava 6, která se otáčí okolo osy o rotace. Rotační hlava 6 má tvar prstence s průchozím středem. Střed je průchozí, aby se nebránilo viditelnosti mezi optickým zařízením 3 a osvětlenou pracovní oblastí na polohovatelném stolku 4.Between the adjustable table 4 and the optical device 3, a rotating head 6 is arranged on the axis of rotation, which rotates about an axis of rotation. The rotating head 6 has the form of a ring with a through center. The center is through so as not to obstruct visibility between the optical device 3 and the illuminated working area on the adjustable table 4.
Rotační hlava 6 je vybavena nevyobrazeným zdrojem difúzního bílého světla pro nasvícení objektu 2 při získávání souboru dat popisujících texturu modelovaného objektu 2. Zdroj bílého světla je integrován do konstrukce rotační hlavy 6.The rotating head 6 is provided with a diffused white light source (not shown) for illuminating the object 2 while obtaining a data set describing the texture of the modeled object 2. The white light source is integrated into the structure of the rotating head 6.
Na spodní straně rotační hlavy 6 je nepohyblivě upevněno vodorovné nosné rameno 7, které je orientováno jedním koncem směrem k ose o rotace, avšak jeho konec nezasahuje do průchozího středu rotační hlavy 6. Druhý konec vodorovného nosného ramene 7 zasahuje mimo půdorys rotační hlavy 6.On the underside of the rotary head 6, a horizontal support arm 7 is fixedly fixed, which is oriented one end toward the axis of rotation, but its end does not extend into the through center of the rotary head 6. The other end of the horizontal support arm 7 extends beyond the plan view of the rotary head 6.
Na vodorovné nosné rameno 7 je uchyceno svislé nosné rameno 8. Svislé nosné rameno 8 se může posouvat po délce vodorovného nosného ramene 7. Posuv je prováděn s vysokou přesností. Na svislém nosném rameni 8 je upevněn zdroj 5 světelného svazku, který je orientovaný směrem na pracovní plochu polohovatelného stolku 4. Zdroj 5 světelného svazku se může posuvně pohybovat po délce svislého nosného ramene 8 a současně se může naklápět tak, aby světelný svazek dopadal na osvětlenou pracovní oblast pod elevačním úhlem a. Zdroj 5 světelného svazku je tvořen telecentrickým projektorem a světelným zdrojem s vysokovýkonnou LED diodou s vysokou stálostí vyzařovaného spektra.A vertical support arm 8 is attached to the horizontal support arm 7. The vertical support arm 8 can slide along the length of the horizontal support arm 7. The movement is performed with high accuracy. On the vertical support arm 8 is mounted a light source 5 which is oriented towards the work surface of the adjustable table 4. The light source 5 can be displaceable along the length of the vertical support arm 8 and at the same time can be tilted so that the light beam strikes the illuminated working area at elevation angle a. The light source 5 consists of a telecentric projector and a light source with a high power LED with high stability of the radiated spectrum.
Díky posuvným pohybům nosné konstrukce lze velice přesně nastavit vzdálenost I zdroje 5 světelného svazku od osy o rotace, dále nastavit výšku h zdroje 5 světelného svazku nad rovinou polohovacího stolku 4 a velikost elevačního úhlu g dopadajícího světelného svazku. Přesnost nastavení je zásadním požadavkem pro výpočetní metodu fotometrického sterea.Due to the displaceable movements of the support structure, the distance I of the light source 5 from the axis of rotation can be very precisely adjusted, the height h of the light source 5 above the plane of the positioning table 4 and the elevation angle g of the incident light beam can be adjusted. Adjustment accuracy is an essential requirement for the photometric stereo calculation method.
• · · ·• · · ·
Na obr. 2 je zdroj 5 světelného svazku tvořen osvětlovačem 9 a naklápěcím zrcátkemIn Fig. 2, the light source 5 is formed by an illuminator 9 and a tilting mirror
10. Osvětlovač 9 je připevněn pevně k rotační hlavě 6 směrem svisle dolů. Souběžně s osvětlovačem 9 je na rotační hlavně 6 svislé nosné rameno 8, které nese zrcátko10. The illuminator 9 is fixed firmly to the rotating head 6 vertically downwards. In parallel with the illuminator 9, there is a vertical support arm 8 on the rotating barrel 6, which carries a mirror
10. Zrcátko 10 je odraznou plochou nastaveno vůči osvětlovači 9, přičemž díky naklápění může měnit elevační úhel g dopadu světelného svazku na polohovatelný stolek 4. Osvětlovač 9 je opatřen telecentrickým projektorem a světelným zdrojem s vysokovýkonnou LED diodou s vysokou stálostí vyzařovaného spektra.10. The mirror 10 is aligned with the reflector 9 relative to the illuminator 9, and by tilting it can vary the elevation angle g of the light beam's impact on the adjustable table 4. The illuminator 9 is provided with a telecentric projector and high power LED light source with high stability.
Zdroj 5 světelného svazku může být zaměněn na zdroj 11 strukturovaného světla, který se používá k projekci optického vzoru, nejčastěji mřížky na celou plochu polohovatelného stolku 4. Zdrojem 11 světelného svazku může být podobně LED osvětlovač s integrovanou projekční mřížkou. Pokud je modelovaný objekt 2 větší a zahrnuje v rámci měřítka rozsáhlejší plochy, lze pomocí projekční mřížky tyto plochy rozčlenit. Rozčlenění velkých ploch omezuje chyby v rekonstrukci objektu 2.The light source 5 may be switched to a structured light source 11 which is used to project an optical pattern, most commonly a grid over the entire surface of the positioning table 4. The light source 11 may similarly be an LED illuminator with an integrated projection grid. If the modeled object 2 is larger and includes larger areas within the scale, the projection grid can be used to divide these areas. The division of large areas reduces errors in the reconstruction of the object 2.
Obr. 4 a obr. 5 ilustrují zařízení 1 s odlišnými provedeními zdrojů 5 světelných svazků, avšak je možné opatřit zařízení 1 i několika typově stejnými zdroji 5 světelného svazku současně, viz obr. 6.Giant. 4 and 5 illustrate a device 1 with different embodiments of light source 5, but it is possible to provide the device 1 with several type-identical light source 5 at the same time, see Fig. 6.
Stejnobarevné zdroje 5 světelného svazku pro nasvícení pracovní oblasti na ploše polohovatelného stolku 4 lze nastavit každý v odlišné poloze, přičemž při sběru dat pro výpočet metodou fotometrického sterea jsou během jedné otočky rotační hlavy 6 získány hned tři odlišné soubory dat pro jeden konkrétní model objektu 2. Pokud jsou zdroje 5 světelných svazků různobarevné, lze díky výslednému namíchání barev na povrchu objektu 2 a zaznamenaným datům těchto unikátních barevných kombinací vymodelovat podrobnou texturu objektu 2.The uniformly colored light beam sources 5 for illuminating the work area on the surface of the adjustable table 4 can each be set in a different position, and when collecting data for the photometric stereo calculation, three different sets of data for one particular object model 2 are obtained. If the light source 5 is of different colors, the detailed texture of the object 2 can be modeled by the resulting mixing of colors on the surface of the object 2 and the recorded data of these unique color combinations.
Integrální zařízení 1 pro tvorbu digitalizovaných 3D modelů je vyrobeno z ocele, plastů a lehkých kovů. Zahrnuje polohovací mechanické osy x, y, z, s velkou přesností pohybu a elektroinstalaci. Zařízení 1 je ovládáno elektronicky, přičemž je v průběhu sběru dat pro rekonstrukci světelně izolováno v temné komoře, či skříni, aby nedocházelo ke zkreslení výsledného modelu.The integral device 1 for the creation of digitized 3D models is made of steel, plastics and light metals. Includes positioning mechanical axes x, y, z, with high motion accuracy and electrical installation. The device 1 is electronically controlled, and during the data collection for reconstruction it is light-insulated in the darkroom or cabinet to avoid distortion of the resulting model.
• · · ·• · · ·
Průmyslová využitelnostIndustrial applicability
Integrální zařízení pro tvorbu digitalizovaných 3D modelů objektů pomocí metody fotometrického sterea podle vynálezu bude uplatněno v oblastech trojrozměrné digitalizace, tvorby 3D modelů reálných objektů, reverzního inženýrství a v oblasti digitální archivace.An integral device for generating digitized 3D object models using the photometric stereo method of the invention will be applied in the areas of three-dimensional digitization, 3D real object modeling, reverse engineering and digital archiving.
• · · · · ·• · · · · ·
-2.0/ς -los-2.0 / ς -los
Přehled vztahových značek integrální zařízení pro tvorbu digitalizovaných 3D modelů objekt optické zařízení polohovatelný stolek zdroj světelného svazku rotační hlava vodorovné nosné rameno svislé nosné rameno osvětlovač naklápěcí zrcátko zdroj strukturovaného světlaReference numerals integral devices for creating digitized 3D models object optical equipment adjustable table light beam source rotating head horizontal support arm vertical support arm illuminator tilting mirror structured light source
I vzdálenost zdroje světla od osy rotace o osa rotace h výška zdroje světla nad polohovatelným stolkem a elevační úhel x mechanická osa polohování stolku y mechanická osa polohování stolku z mechanická osa polohování stolkuI distance of light source from axis of rotation o axis of rotation h height of light source above adjustable table and elevation angle x mechanical axis of table positioning y mechanical axis of table positioning z mechanical axis of table positioning
Claims (10)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2014-208A CZ305606B6 (en) | 2014-03-31 | 2014-03-31 | Integral installation for creation of digitalized 3D models of objects using photometric stereo method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2014-208A CZ305606B6 (en) | 2014-03-31 | 2014-03-31 | Integral installation for creation of digitalized 3D models of objects using photometric stereo method |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ2014208A3 true CZ2014208A3 (en) | 2015-10-21 |
| CZ305606B6 CZ305606B6 (en) | 2016-01-06 |
Family
ID=54361334
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ2014-208A CZ305606B6 (en) | 2014-03-31 | 2014-03-31 | Integral installation for creation of digitalized 3D models of objects using photometric stereo method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ305606B6 (en) |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20080232679A1 (en) * | 2005-08-17 | 2008-09-25 | Hahn Daniel V | Apparatus and Method for 3-Dimensional Scanning of an Object |
| GB2453163B (en) * | 2007-09-26 | 2011-06-29 | Christopher Douglas Blair | Three-dimensional imaging system |
| GB2464453B8 (en) * | 2008-10-10 | 2016-09-14 | Toshiba Res Europ Ltd | An imaging system and method |
| BR112012031828B1 (en) * | 2010-06-16 | 2020-05-12 | Ultra Electronics Forensic Technology Inc. | METHOD FOR DETERMINING A 3D Z (X, Y) TOPOGRAPHY OF A SPECULAR SURFACE OF AN OBJECT, SYSTEM FOR DETERMINING A 3D Z (X, Y) TOPOGRAPHY OF A SPECULAR SURFACE OF AN OBJECT, AND LEGIBLE MEDIA BY NON-TRANSITIONAL COMPUTER |
| US9163938B2 (en) * | 2012-07-20 | 2015-10-20 | Google Inc. | Systems and methods for image acquisition |
-
2014
- 2014-03-31 CZ CZ2014-208A patent/CZ305606B6/en not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CZ305606B6 (en) | 2016-01-06 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9858682B2 (en) | Device for optically scanning and measuring an environment | |
| US9115986B2 (en) | Device for optically scanning and measuring an environment | |
| JP7073532B2 (en) | 3D reconstruction system and 3D reconstruction method | |
| US20140043610A1 (en) | Apparatus for inspecting a measurement object with triangulation sensor | |
| US10656617B2 (en) | Measurement device for machining center | |
| JP6858878B2 (en) | Automatic alignment of 3D model to test object | |
| CN104812291A (en) | Scanner for oral cavity | |
| US11105607B2 (en) | Non-contact probe and method of operation | |
| US7375827B2 (en) | Digitization of undercut surfaces using non-contact sensors | |
| CN105066903B (en) | A kind of 3-d laser measurement system and its measuring method | |
| US11328409B2 (en) | System and method utilizing multi-point autofocus to align an optical axis of an optical assembly portion to be normal to a workpiece surface | |
| CN107525463A (en) | The interference of light determines device and interference of light assay method | |
| US9733126B2 (en) | Device and method for measuring a complexly formed object | |
| WO2013059720A1 (en) | Apparatus and method for measuring room dimensions | |
| KR20180099497A (en) | 3D scanner with accelerometer | |
| EP2693167A2 (en) | Optical device and method for measuring microscopic structures | |
| CZ2014208A3 (en) | Integral device for production of digitized 3D models of objects by means of photometric stereo method | |
| CZ27048U1 (en) | Integral device for making digitalized 3D models of objects by making use of photometric stereo method | |
| RU219623U1 (en) | INDUSTRIAL 3D SCANNER | |
| RU161136U1 (en) | INSTALLATION FOR AUTOMATED PRODUCTION OF 3D DRUG PACKAGING MODEL | |
| US20240212117A1 (en) | Method and device for measuring a physical object | |
| CN218725184U (en) | Laser head incoming material warehouse entry automatic checkout system based on machine vision | |
| JP2024051797A (en) | 3D shape data generator | |
| KR20120021123A (en) | 3-dimensional scanner device |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Patent lapsed due to non-payment of fee |
Effective date: 20180331 |