Inhaltsverzeichnis
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Willkommen zu DAVID (help_welcome_de.htm)
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Kamera-Kalibrierung (help_camera_calibration_de.htm)
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3D-Laser-Scannen (help_3d_scanning_de.htm)
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Shape Fusion (help_shape_fusion_de.htm)
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Häufig gestellte Fragen (FAQ) (help_faq_de.htm)
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Allgemeine Hinweise/Tipps (help_hints_de.htm)
Häufig gestellte Fragen (FAQ)
Allgemeine Fragen über DAVID
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Wofür steht der Name "DAVID"?
Sie haben die Wahl:
a) Definitely Affordable Vision Device
b) Es ist einfach nur der Name für eine kleine, aber mächtige Software zwischen all den Goliaths... ;-)
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Wie funktioniert DAVID?
Das Konzept wurde als Paper bei der Deutschen Arbeitsgemeinschaft für Mustererkennung (DAGM) veröffentlicht.
Es kann
hier
heruntergeladen werden.
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Gibt es ein Forum über DAVID?
Ja, hier.
Bitte zögern Sie nicht, dort Fragen, Antworten oder Kommentare zu posten!
Leistung
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Wie genau sind die Scan-Ergebnisse?
Sie sind überraschend gut! Natürlich hängt dies von der verwendeten Hardware und dem Aufbau ab
(Abstand der Kamera, Größe des Objekts, Beleuchtungsbedingungen, Triangulationswinkel, Qualität des Kalibrierkörpers...).
In unserem Aufbau mit einer hochwertigen Graubildkamera, einem recht kräftigen Laser, einer
Objektgröße von ca. 50 mm, einem Kameraabstand von ca. 600 mm, und einem vernünftigen
Triangulationswinkel von ca. 30°, haben wir Fehler von weniger als 0.4 mm gemessen.
Im Allgemeinen ist der Fehler kleiner als 1% des Kameraabstands.
Bemerkung: Wenn Sie die Kamerakalibrierung korrekt durchführen, wird das 3D-Modell nicht nur die
Form des Objekts nachbilden, sondern auch über einen korrekten absoluten Maßstab verfügen!
Es gibt viele Dinge, die die Scan-Qualität verbessern.
Zur Kamera:
- so wenig Rauschen wie möglich
- hohe Lichtempfindlichkeit
- Graubildkamera anstelle einer Farbkamera (Farbpixel werden interpoliert)
- Bildauflösung (beeinflusst hauptsächlich die Auflösung des Dreiecksnetzes (mesh)
- Qualität der Linse (Glas ist besser als Plastik)
Zum Laser:
- Laserlinie so dünn wie möglich
- so hell wie möglich
- eine perfekt gerade Linie
- ein roter oder grüner Laser, wenn Sie eine Farbkamera benutzen (denn DAVID
kann den roten oder den grünen Farbkanal benutzen)
Zum Kalibrierkörper:
- die Raumecke muss immer einen exakten Winkel von 90 Grad haben
- das Papier mit den Marken darf sich nicht wellen (am Besten aufkleben)
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Welche Auflösung des Dreiecksnetzes kann mit Webcams erreicht werden?
Sie erhalten genau einen Punkt (Mesh-Vertex) pro Objekt-Pixel. Wenn Sie z.B. eine
1,3-Megapixel-Kamera benutzen und Ihr Objekt ungefähr ein Drittel des Kamerabildes
bedeckt, bekommt man ungefähr 450 000 Punkte.
Aber vergessen Sie nicht: Auflösung und Genauigkeit des Dreiecksnetzes sind zwei unterschiedliche Dinge.
Hardware
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Welche Art von Kamera / Laser würden Sie empfehlen?
Bevor Sie teure Hardware kaufen, empfehlen wir, die ersten Experimente
mit günstiger Hardware durchzuführen. So sehen Sie, ob die Qualität ausreichend
für Sie ist bzw. welche Probleme auftreten. Zuerst sollten Sie versuchen, so viel
wie möglich durch Verbesserung des Aufbaus zu lösen (Kameraeinstellungen,
Umgebungslicht, Hintergrundfarbe, Objektfarbe, Präzision des Kalibrierkörpers).
LASER: Sie brauchen nur dann einen teuren (leistungsstarken) Laser, wenn
Sie den Raum nicht genügend abdunkeln können, oder wenn Sie wirklich dunkle oder
sehr große Objekte scannen wollen. Oder wenn Sie zu viel Rauschen erhalten
(z.B. der Speckle-Effekt, http://de.wikipedia.org/wiki/Speckle), welches sich nicht
durch Verbesserung der Kameraeinstellungen unterdrücken lässt (Belichtungszeit,
Blende...).
Sie sollten insbesondere einen großen Helligkeitsunterschied zwischen Objekt und
Hintergrund (Kalibrierkörper) vermeiden; d.h., wenn Sie Ihr Objekt nicht heller
machen können, benutzen Sie einen ähnlich dunklen Hintergrund.
Wir benutzen einen 5-mW-Laser mit einen 30°- oder 60°-Linienmodul, und einen preiswerten
10-Euro-Laser aus dem Baumarkt. Der preiswerte Laser ist auf "nicht zu dunklen" Objekten in "nicht zu
hellen" Räumen wirklich ausreichend!
CAMERA: Eine hohe Auflösung ist nicht die wichtigste Eigenschaft!
(Geringes Bildrauschen ist wichtiger.) Die nötige Kameraauflösung hängt
von der Objektoberfläche ab, die Sie scannen wollen. Nur sehr kleine Details
erfordern eine hohe Auflösung. Zur Erinnerung: Wir berechnen für jeden Bildpixel
einen 3D-Punkt. Mit einer 640*480-Pixel-Kamera, so aufgestellt, dass das Objekt
ca. 300*350 Pixel des Bildes ausmacht, bekommt man ca. 100.000 3D-Punkte allein für
die sichtbare Seite des Objekts! Dies ist in den meisten Fällen mehr als genug,
möglicherweise würde man dies sogar um Faktor 4 oder 9 o.ä. herunterskalieren,
um so Rauschen zu verringern.
Wir benutzen Firewire-Kameras. Für unsere Testobjekts sind wir sehr zufrieden mit
einer 640*480-Pixel-Kamera. Wir haben auch eine billige 640*480-Pixel-Webcam
(20 Euro) getestet. Die Ergebnisse sind natürlich etwas schlechter, aber sie
können in vielen Fällen völlig ausreichend sein.
LINSE: Obwohl unsere Kamerakalibrierung auch nichtlineare Linsenverzerrungen
kompensiert, wird eine gute Linse die Genauigkeit erhöhen.
Wir haben keine Experimente zum Vergleichen verschiedener Linsen durchgeführt.
ALLGEMEIN: Vergessen Sie nicht, dass die Komponenten voneinander abhängen.
Zum Beispiel wird eine hochauflösende Kamera keinen Vorteil bringen, wenn die Laserlinie
zu dick ist! Und eine sehr gute Linse wird nicht helfen, wenn der Kalibrierkörper
nicht präzise aufgebaut ist!
Problembehandlung
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Die Kalibrierung funktioniert, aber ich bekomme keine 3D-Daten beim Scannen.
Stattdessen erscheint die Fehlermeldung "LASER LINE NOT DETECTED".
Was ist das Problem?
DAVID ist nicht in der Lage, die Laserlinie im Kamerabild zu erkennen. Dafür kann es mehrere Ursachen geben:
BILDEINSTELLUNGEN:
Die Helligkeit muss während des Scannens viel geringer sein als während der Kalibrierung.
Im Scan-Dialogfenster können Sie sich mit der Option "Show camera image" das Bild anzeigen lassen,
mit dem DAVID arbeiten muss.
Bitte vergleichen Sie Ihr Kamerabild mit denen aus unserer Online-Hilfe. Mögicherweise müssen Sie
die Belichtungszeit, die Blende oder die Umgebungsbeleuchtung reduzieren.
- Die Laserlinie muss klar sichtbar sein: Auf dem Kalibrierkörper im linken und rechten Teil des Bildes,
und auf dem Objekt in der Mitte des Bildes.
- Der Rest des Bildes sollte möglichst dunkel oder sogar total schwarz sein. In jedem Fall sollte er
während des gesamten Scanvorgangs völlig unverändert bleiben (z.B. kein Flackern von einer Leuchtstoffröhre)!
GEOMETRIE:
- Die Laserlinie muss vom linken bis zum rechten Bildrand reichen.
- Die Flächen des Kalibrierkörpers müssen genau einen 90°-Winkel bilden.
- Die Kalibriermuster müssen präzise in der Ecke angebracht sein.
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Während des Scannens erhalte ich die Fehlermeldung "INTERSECTION ANGLE TOO LOW!"
Was bedeutet das?
Sie müssen den Laser an eine andere Position halten (in den meisten Fällen: höher).
DAVID berechnet 3D-Koordinaten, indem er die Laserlichtebene mit den "Sichtstrahlen" der Kamera schneidet.
Deshalb darf die Laserebene nicht zu nah an der Kamera sein.
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Meine Oberfläche ist stark verrauscht/zackig. Wie kann ich das reduzieren?
Solche Fehlmessungen werden oft durch unerwünschte Laser-Reflektionen an der Objektoberfläche verursacht.
Versuchen Sie, die Belichtungszeit/Blende/Helligkeit... der Kamera zu reduzieren, sodass nur eine einzelne
Laserlinie (ohne Reflexionen) im Kamerabild sichtbar ist. Des Weiteren können Sie Rauschen reduzieren, indem
Sie die Smooth-Funktionen (mehrfach) starten und/oder den Laser häufiger über das Objekt bewegen.
Wenn dies nicht hilft, können Sie eventuell das Objekt mit einer matten Farbe oder einem Puder versehen.
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Wie kann ich größere oder kleinere Objekte scannen?
Theoretisch können Sie den ganzen Aufbau beliebig hoch- oder herunterskalieren.
Für sehr große Objekte werden Sie einen sehr großen Kalibrierkörper mit angemessen großem Kalibriermuster
benötigen, und einen ausreichend kräftigen Laser. Für einen sehr kleinen Aufbau muss die Laserlinie so
dünn wie möglich sein.
Hinweis: Anstatt zwei Wände im Hintergrund zu benutzen, können Sie auch einfach eine einzelne vertikale
Wand zusammen mit dem Fußboden benutzen. Boden und Wand bilden einen perfekten "Kalibrierörper", wenn Sie
die Kamera (und den Laser) um 90° drehen...
Scannen für Fortgeschrittene
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Wie kann ich dunkle Objekte scannen?
Das Scannen von eher dunklen Objekten ist schwierig. Möglicherweise hilft Ihnen
die folgende Idee (allerdings nicht für richtig schwarze Objekte):
Das Problem ist, dass nur wenig Laserlicht von dem dunklen Objekt reflektiert wird.
Wenn man dies durch Vergrößerung der Blende und/oder Belichtungszeit der Kamera augleicht, wird
die Laserlinie auf dem Hintergrund zu hell!
Also ist unsere simple Idee, den Kalibrierkörper im Hintergrund ebenfalls abzudunkeln, sodass er
ähnlich hell ist wie das Objekt. Natürlich muss er die gleiche Struktur haben wie bei der Kalibrierung,
also könnten Sie die weißen Ausdrucke während des Kalibrierens benutzen und während des Scannens
dunkleres Papier anbringen. Oder Sie aktivieren die "Invert"-Funktion im Kalibrier-Menü, um helle
Kalibrierpunkte auf dunklem Grund benutzen zu können.
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Kann ich eine Person mit offenen Augen scannen?
Davon möchten wir dringend abraten! Sie finden wichtige sicherheitrelevante Warnungen
auf jedem kommerziellen Laser. Die beste Möglichkeit ist, den Kopf der Person mit geschlossenen
Augen zu scannen und das 3D-Mesh hinterher zu bearbeiten. Die Unterschiede im Mesh zwischen
einem offenen und einem geschlossenen Auge sind gering. Der Hauptunterschied macht sich in der
Textur bemerkbar, und diese können Sie ohne Laser mit geöffneten Augen aufnehmen.
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