Verwendung in der Forschung
Während Sie sich im Laufe des Tutorials mit grundlegenden Problemen der Informatik beschäftigen, soll Ihnen das nachfolgende Beispiel eine sehr realitätnahe Anwendung zeigen.
Die aktuelle Entwicklung im Bereich der 3D-Drucker stößt zunehmend in den Bereich der Massentauglichkeit vor. Die Erstellung von druckbaren Modellen mit CAD Systemen gestaltet sich jedoch für die breite Masse als schwierig. Eine Lösung sind hier sogenannte 3D-Scanner, mit denen vorhandene Geometrien gescannt, verändert und kopiert werden können. Der Anwendungsbereich der 3D-Scanner umfasst desweiteren das Erstellen von Geländedaten oder die Geometriekontrolle von Teilen in der laufenden Produktion. Der im Folgenden vorgestellte 3D-Scanner ist zu letzterem Zweck entwickelt worden. Er ist im Rahmen eines ADP(Advanced Design Project) am PMD(Fachgebiet Produktentwicklung und Maschinenelemente) entstanden. An dieser Stelle sei dem PMD für die Bereitstellung gedankt.
Das zu scannende Objekt befindet sich auf einem Drehteller, welcher mit 2,14 Umdrehungen in der Minute rotiert. Der vertikal auf das Objekt gestrahlte Laser wird durch die Geometrie des Objekts verzerrt. Diese verzerrte Laserlinie wird von der Kamera aufgenommen. Aus der Verzerrung kann auf die Geometrie des Objektes geschlossen werden. Das fertige 3D-Modell setzt sich schließlich aus einer Vielzahl solcher Laserlinien zusammen.
Durch trigonometrische Beziehungen kann, unter Zuhilfenahme des Winkels α, auf den Radius R geschlossen werden. Der Winkel α wird aus dem Aufbau gemessen. Es ist der Winkel zwischen Laserebene und Mittellinie der Kamera. Die rechte Skizze zeigt einen einzelnen Laserpunkt, wie im linken Bild aber zu erkennen, setzt sich die Linie aus vielen Punkten zusammen, daher muss die Berechnung für jeden Punkt auf der Linie wiederholt werden. Somit ergeben sich die Daten in Zylinderkoordinaten durch Rotation des Objektes vor dem Scan Aufbau. Ein einzelner Punkt hat dann die Koordinaten Radius R, Höhe z und einen Winkel Φ. Die Umrechnung in kartesische Koordinaten ist daraus problemlos möglich. Es ist zu beachten, dass es sich bei der Messung nicht um Absolutmaße handelt, sondern sie relativ zueinander korrekt sind. Um Absolutmaße zu erhalten muss der Scanner kalibriert werden.
Um aus dem aufgenommenen Bild Daten verwertbare Daten zu ermitteln, muss es bearbeitet werden. Aus dem Bild werden zunächst alle Farbanteile außer dem Roten entfernt, sodass allein die rote Linie übrig bleibt. Dann wird ein Filter auf das Bild angewendet, der für jede Zeile des Bildes das Intensitätsmaximum der Helligkeit feststellt und diesen Bildpunkt als Teil der Laserlinie erkennt. Nach diesen Operationen ergibt sich das oben dargestellte Bild.
mögliche Ergebnisse:
