Disseny i construcció d'un escàner tridimensional usant làser i una càmera

Abstract

[cat] En aquest projecte es desenvolupa un escàner tridimensional basat en un làser de línia i una càmera. L’objecte a reconstruir, es col¢loca sobre una taula giratòria que completarà un gir de 360 graus. D’aquesta manera, s’obtindran imatges de l’objecte des de totes les posicions angulars possibles. Amb cada captura, es projectarà i detectarà una línia de làser deformada per la intersecció amb l’objecte. Els punts detectats a la imatge presa per la càmera seran transformats a partir de la triangulació fins a obtenir els punts en 3D. Aquesta triangulació requereix un conjunt de tres calibracions diferents: la de la càmera, la del làser i la de la taula. Com a resultat es pot visualitzar un núvol de punts en tres dimensions que mostren la geometria de la figura analitzada. Les aplicacions més comuns d’aquest tipus d’escàner són en la documentació de peces històriques, en el control de qualitat o per a solucionar problemes de l’enginyeria inversa. L’objectiu final, per tant, no serà el de reconstruir grans entorns sinó més bé serà el de poder digitalitzar objectes de petites dimensions. Tenint en compte això, s’ha dissenyat un sistema molt adaptable des del punt de vista físic. En concret, s’ha produït una estructura que suporta la càmera i el làser amb la que es poden ajustar tots els elements en una posició determinada, és a dir, es pot variar tant l’altura com la separació o orientació entre ells. De manera separada, també s’ha implementat una estructura per integrar tots els components necessaris per a la rotació de la taula. Per a la programació del software, s’ha estudiat distintes metodologies de tractament d’imatges. Per a la calibració de la càmera, i en moltes altres parts del programari, s’ha fet ús de la llibreria OpenCV [2]. Aquesta llibreria, de codi obert, compta amb una gran selecció de funcions pel tractament d’imatges de manera eficient i ràpida. Per a la calibració del pla del làser, s’ha optat per emprar i implementar l’algoritme de RANSAC [3]. En quant a la calibració de la taula, s’ha decidit recolzar-se en els marcadors ArUco [4]. És molt comú trobar aquest tipus de marcadors en aplicacions de realitat virtual degut a la seva eficàcia. Finalment, el control de la taula és dona gràcies a una comunicació per port sèrie de l’Arduino ja que el codi principal i tot el comentat fins ara està programat en Python. En resum, aquest projecte planteja dissenyar, construir i provar un sistema senzill i econòmic d’escaneig tridimensional basat en un làser de línia. A l’apartat d’objectius es donen més detalls de comes planteja arribar a aquest objectiu.