Laser skaner 2D konkrety na temat budowy

[bebek89]

Witam od jakiegoś czasu zastanawiam się nad budową prostego skanera laserowego z ogólnie dostępnych elementów. Założenia ?? hmm prostota niska cena oraz parametry porównywalne do urządzeni firmowych :

rozdzielczość 0,375'

zakres skanowania: 240'-270'

dystans 5m<

próbkowanie 10sps

A teraz pytania jakie są szanse na sukces podczas budowy takiego urządzenia czy to jest realne czy może tam są jakieś specjalistyczne układy z którymi zwykły człowiek nie da sobie rady??

Czy macie może jakieś pomysły na realizacje tego projektu jaki procesor wybrać fotodiodę silnik itp??

PS. Proszę o wyrozumiałości to jest mój pierwszy post na tym forum 🙂

__________

Komentarz dodany przez: Sabre

Popraw błędy, bo się tego czytać prawie nie da.

[dondu]

Nieco sprzeczne założenia:

... zastanawiam się nad budową prostego skanera laserowego z ogólnie dostępnych elementów. Założenia ?? hmm prostota niska cena oraz parametry porównywalne do urządzeni firmowych

i bardzo optymistyczne chęci, jak na poziom Twojego doświadczenia - tak, wróżę, ale chyba nieco słusznie patrząc na Twój post. uważam, że bierzesz się za zbyt trudny projekt, ale mogę się mylić (co do Twojego doświadczenia).

[bebek89]

możliwe że project jest trudny leczy przygladajac się np. temu skanerowi http://www.automatyka.pl/productItem.aspx?lgn=3512&pk=30254 to wydaje się nie być aż taki trudny.

[ Dodano: 22-08-2011, 21:04 ]

Czy to jest naprawdę takie trudne do zbudowania urządzenie??

Przecież to urządzenie nie jest aż tak strasznie skomplikowane.

Mi się wydaje ze to działa podobnie do zwykłego czujnika odbici-owego (sharp) na serwie co tak powszechnie jest stosowane w robotyce amatorskiej z tą różnica ze tu jest stosowany laser oraz lustro obracające się.

[dondu]

https://www.forbot.pl/forum/topics20/czujniki-skaner-3d-vt5965.htm

[Polecacz 101]

Produkcja i montaż PCB - wybierz sprawdzone PCBWay!
   • Darmowe płytki dla studentów i projektów non-profit
   • Tylko 5$ za 10 prototypów PCB w 24 godziny
   • Usługa projektowania PCB na zlecenie
   • Montaż PCB od 30$ + bezpłatna dostawa i szablony
   • Darmowe narzędzie do podglądu plików Gerber
Zobacz również » Film z fabryki PCBWay

[mactro]

dondu, akurat ten skaner 3D, jest zupełnie inny niż dalmierz laserowy, np. Hokuyo, który bebek umieścił w linku.

bebek89, mylisz się, co do podobieństwa z Sharpem. W czujnikach Sharpa (i innych czujnikach odległości na IR) pomiar odległości jest dokonywany metodą triangulacji: mierzony jest kąt pod jakim promień odbity od obiektu wraca do czujnika.

W dalmierzach laserowych stosuje się dwie metody pomiaru odległości: Time of Flight, czyli pomiar czasu przelotu wiązki do obiektu i z powrotem albo Amplitude Modulated Continous Wave, czyli pomiar przesunięcia fazowego pomiędzy falą powracającą do skanera po odbiciu od obiektu, a sygnałem odniesienia.

Pierwsza metoda pozwala uzyskać duży zasięg, jednak problemem jest dokładny pomiar czasu (aby uzyskać rozdzielczość rzędu kilku centymetrów, czas musisz mierzyć w pikosekundach). Przy drugiej metodzie łatwiej uzyskać wysoką rozdzielczość, ale maksymalny zasięg będzie zdecydowanie mniejszy.

Temat skanerów laserowych jest naprawdę obszerny, dość przystępnie ukazany jest w rozprawie Piotra Skrzypczyńskiego "Metody analizy i redukcji niepewności percepcji w systemie nawigacji robota mobilnego", wydawnictwa Politechniki Poznańskiej. Jest tam też opisana budowa skanera laserowego zbudowanego na Politechnice.

[dondu]

dondu, akurat ten skaner 3D, jest zupełnie inny niż dalmierz laserowy, np. Hokuyo, który bebek umieścił w linku.

Podałem link, tylko po to, aby zobaczył inne rozwiązanie podobnego skanera.

[bebek89]

No to w sumie faktycznie komplikuje cała sprawę. Mactro a czy mogł bys troche bardziej rozwinąć temat

Amplitude Modulated Continous Wave, czyli pomiar przesunięcia fazowego pomiędzy falą powracającą do skanera po odbiciu od obiektu, a sygnałem odniesienia.

[mactro]

Metoda AMCW polega na pomiarze przesunięcia fazowego pomiędzy fala aktualnie nadawana przez sensor, a fala powracająca po odbiciu od obiektu. Metoda ta pozwala uniknąć sprawiającego problemy, bezpośredniego pomiaru czasu.

Jako, ze pomiar jest jednoznaczny tylko dla odległości mniejszych niż 1/2 długości fali, stosuje się podwójna modulacje amplitudy rożnymi częstotliwościami. Główna wada metody AMCW jest fakt, ze ze względu na ciągła emisje wiązki laserowej, aby skaner spełniał normy bezpieczeństwa, stosowane diody nadawcze muszą być stosunkowo niskiej mocy. Zwiększa to wpływ szumów na wyniki pomiarów.

Link do artykułu na temat skanerów laserowych.

[bebek89]

no ok rozumiem ze dioda laserowa jest modulowana częstotliwością x a odbiornik rejestruje częstotliwości nadawana oraz odbierana i z tego jest wyliczana różnica tak ?? a jak by to mogło wyglądać od strony elektroniki? np. procesor generuje sinusa [pwm] oraz zlicza częstotliwość wiązki nadawanej oraz odbieranej tak?

[OldSkull]

http://lrm.cie.put.poznan.pl/psrozfin.pdf - link do książki wspomnianej przez mactro.

TOF robi się np. na źródle prądowym ładującym kondensator. Ładowanie odcina się przy odbiorze poprzez układy (głównie) analogowe.

AMCW nie polega na zliczaniu częstotliwości. Trzeba w jakiś mądry sposób badać kształt przebiegu.

[bebek89]

fatyczni walnąłem się z tym pomiarem częstotliwości choć wsunie to tez znalazłem informacje ze do polepszenia dokładności pomiaru metoda AMCW używa się pomiaru częstotliwości FMCW o ile się nie mylę 🙂 ale wracając do konkretów a co myślcie o tym że by wiązkę lasera rozdzielić na dwie jedna leci na cel i odbita trafia na układ analogowy i do szybkiego przetwornika adc a druga wiązka służyła by do pomiaru punktu odniesienia od razu mierzona i na adc ?? tylko teraz jak z tego przesuniecie wyciągnąć z częstotliwością to ok staruje jeden licznik na pierwszym zboczy a na następnym stopuje dając do tego obliczenia mamy przesuniecie a na amplitudzie?? zamienić sygnał z wiązki odniesienia oraz wiązki refleksyjnej na sinusoidę i wyliczyć tak jak wyżej??

[ Dodano: 26-08-2011, 12:24 ]

znalazłem coś ciekawego myślę ze pomoże 🙂 "Low Cost Scanning Laser Rangefinder"

[ Dodano: 26-08-2011, 13:01 ]

I jak panowie czy według tego projektu dało by się wykonać taki skaner jak w temacie tylko z ta różnica ze zamiast pic dać avr ewentualnie jakiegoś stm32f100??

w/w projekcie wykorzystuje się dioda laserowa 5mW czerwona tania diodę PIN oraz uC PIC z zegarem 5MHz 🙂

thesis.pdf

[mactro]

No projekt ciekawy, tylko, że nie działał 😋

Zastąpienie PIC'a AVRkiem nic nie zmienia, więc jeśli masz chęci, możesz próbować 🙂

[niciki]

Poniżej podaję wszystkie rodzaje skanerów 3D jakie udało mi się znaleźć w trakcie pisania mojej pracy dyplomowej. Można sobie więc wybrać metodę skanowania 😉. Czerwonymi obwódkami zaznaczyłem metodę, którą wykorzystuje skaner 3D zrobiony przez nasz team.

Skanery 3D optyczne - pasywne

Skanery pasywne składają się głównie z kamery cyfrowej i układu do oświetlania sceny wraz ze znajdującym się na niej obiektem. Charakteryzują się niskim kosztem utrzymania oraz wytworzenia. Optyczne skanery pasywne dzielimy na:

Stereoskopowe -- zazwyczaj wykorzystują obraz z dwóch kamer, które obserwują obiekt z dwóch różnych punktów. Pozyskanie informacji o głębi każdego piksela obrazu jest możliwe dzięki analizie subtelnych różnic pomiędzy obrazami, otrzymanymi z dwóch kamer. Metoda ta wykorzystuje ten sam sposób oceny odległości jaki funkcjonuje u ludzi i zwierząt. Przykład skanera 3D wykorzystującego podejście stereoskopowe przedstawia artykuł S. Takamatsu and H. Ukida. 3D Shape Measurements Using Stereo Image Scanner with Three Color Light Sources. lnstrumentation and Measurement Technology Conference, pages 18-20, maj 2004.

Fotometryczne -- metodę tę jako pierwszy opisał R.J. Woodham w 1980 r. w artykule R.J. Woodham. Photometric method for determining surface orientation from multiple images. Optical Engineerings, 19(1):139-144, styczeń/luty 1980. Polega ona na wielokrotnym fotografowaniu skanowanego obiektu w różnych warunkach oświetleniowych przy pomocy jednej kamery z jednego ujęcia. Analiza sekwencji takich obrazów pozwala na określenie wektorów normalnych powierzchni skanowanego obiektu w każdym punkcie obrazu 2D. Przekłada się to na określenie punktów w przestrzeni 3D. Przykład implementacji tej metody można znaleźć w pracy K.C. Baldwina, D.D. Duncana, and D.V. Hahn. Digital Hammurabi: Design and Development of a 3D Scanner for Cuneiform Tablets. Proceedings of SPIE, 6056:18-20, styczen 2006. Three-Dimensional Image Capture and Applications VII.

Konturowe -- metodę pozyskiwania kształtu z obrysu skanowanego obiektu jako pierwszy przedstawił B. K. P. Horn w pracy B.K.P. Horn. Photometric method for determining surface orientation from multiple images. B. K. P. Horn and M. J. Brooks, eds., Shape from Shading, pages 121-171, 1989. MIT Press. Polega ona na tworzeniu trójwymiarowego modelu skanowanego obiektu na podstawie sekwencji zdjęć, na których skanowany obiekt występuje na bardzo kontrastowym tle. Analizując kontury obiektu na tych zdjęciach, rekonstruuje się jego kształt. Takie podejście uniemożliwia jednak wydobycie informacji o obiektach, które są wklęsłe, takich jak np. łyżka.

Pozyskujące głębię z ostrości -- metoda ta polega na określeniu kształtu skanowanego obiektu na podstawie dwóch lub więcej zdjęć, zrobionych jedną kamerą z jednego ujęcia. Różnica pomiędzy obrazami wynika jedynie ze zmiany parametru obiektywu kamery (jest to zazwyczaj zmiana ogniskowej). Ogólny opis tej metody można znaleźć w książce S. Chaudhuri and A. Rajagopalan. Depth from defocus: a real aperture imaging approach. Springer Verlag, 1999.

==================

Skanery 3D optyczne - aktywne

Skanery tego typu emitują pewne promieniowanie i analizują wiązki odbite od obiektu. Wyniki analizy umożliwiają odtworzenie powierzchni skanowanego obiektu. Optyczne skanery aktywne dzielimy na:

Mierzące czas przelotu (ang. time-of-flight) -- skanery tego typu dostarczają informacji o powierzchni skanowanego obiektu pośrednio, poprzez pomiar czasu przelotu wiązki światła lasera do obiektu i z powrotem. Proces skanowania bazuje zatem na wykorzystaniu urządzenia zwanego dalmierzem laserowym. Znana, stała prędkość światła c oraz znany czas przelotu wiązki t pozwalają na określenie odległości d punktu pomiarowego od skanera {Dokładność pomiaru odległości zależy od precyzji pomiaru czasu (impuls światła przebywa 1 mm w ciągu ok. 3,3 ps).} zgodnie z równaniem: d=c*t/2. Skanowanie całej powierzchni obiektu wymaga zastosowania elementów wykonawczych obracających obiekt, lub zastosowania zwierciadeł zmieniających kierunek emisji światła. Drugi sposób jest częściej używany ze względu na mechanicznie prostszą konstrukcję. Przykładem są skanery LMS-200 firmy SICK, które są często stosowane w autonomicznych robotach mobilnych G. Gruener, J.W. Weingarten, and R. Siegwart. A State-of-the-Art 3D Sensor for Robot Navigation. Intelligent Robots and Systems, 3:2155-2160, wrzesień/październik 2004. Three-Dimensional Image Capture and Applications VII.

Rzucające prążki Moiré -- opis metody, jak i przykład jej implementacji znaleźć można w pracy G. Gruener, J.W. Weingarten, and R. Siegwart. Inspection of surface by the Moire method. Measurement Science Review, 1(1):29-32, 2001. Slovak Institute of Metrology, Bratislava. Działanie opiera się na analizie obrazów, które zawierają prążki Moiré. W celu uzyskania prążków Moiré na obrazie z kamery, używany jest projektor oświetlający skanowany obiekt oraz matryca prążkowa, umocowana bezpośrednio przed kamerą. Projektor rzuca pionowe, biało-czarne pasy, które są identyczne ze wzorem matrycy prążkowej. Powierzchnia skanowanego obiektu odkształca rzucane pasy, dzięki czemu otrzymywany obraz składa się z prążków Moiré. Ich analiza dostarcza informacji o kształcie tego obiektu.

Oświetlające światłem strukturalnym -- skanery oświetlają skanowany obiekt światłem o pewnym wzorze jednowymiarowym (kropki, linie), bądź dwuwymiarowym (siatka). Geometria obiektu powoduje odkształcenie rzucanego wzoru. Kamera, w którą wyposażony jest taki skaner, rejestruje deformacje. Ich analiza dostarcza pożądanych informacji o kształcie obiektu. Znajomość wzajemnego położenia kamery i projektora pozwala przenieść współrzędne punktów z obrazów dwuwymiarowych do przestrzeni trójwymiarowej.

[bebek89]

no tak pic ktory tam jest wykorzystany nie jest zbyt dobry leczy gdyby uzyc stm32 z taktowaniem 72Mhz a timery tam mogą o ile pamiętam pracować z połowa prędkości taktowania to by coś mogło zadziałać oraz wykorzystując laser i foto diodę na ta sama fale 🙂

[sinus]

bebek89,

witam

jestem ciekawy czy udało się zrobić Tobie ten skaner 2D. Przydałby by mi się do pomiarów w budownictwie. Nie znam się za bardzo na elektronice itd. ale myślałem zastosować gotowy dalmierz umieścić go na obrotowej tarczy poruszanej silnikiem krokowym i z czytywać do kompa odległość i kolejny cykl.