Дмитрий Новиков

Студент 5 курса факультета экранных искусств Санкт-Петербургского государственного университета кино и телевидения (гр. 354). Увлекается научно-техническим творчеством, исследованием и созданием технических средств для компьютерной анимации, синтеза комбинированных кадров.

В конференции участвует впервые. Награждён полностью оплаченной поездкой в Амстердам на выставку и конференцию IBC (International Broadcasting Convention) в сентябре 2008 г. от Международной ассоциации производителей вещательного оборудования IABM.

Программно-аппаратный комплекс для трехмерного сканирования объектов

За последние двадцать лет разработано множество способов анализа формы поверхностей и построения трехмерных моделей, но все они используют сложное и дорогостоящее оборудование. В данной работе я представляю систему трехмерного сканирования объектов в высоком разрешении, состоящую из лазера, вращающегося предметного столика и видеокамеры. Анализ отснятого материала и построение трехмерной модели осуществляется по специальному алгоритму. Также система восстанавливает текстуру объекта.
Трехмерные сканеры нашли широкое применение в таких областях как компьютерная графика, системы искусственного зрения, медицина, археология, игровая индустрия, компьютерный контроль качества и т.д. Существующие методы анализа поверхностей разделяются на контактные и бесконтактные. Бесконтактные методы реконструирования трехмерных объектов на основе плоских двумерных изображений – до сих пор широко исследуемая область. Одним из самых распространенных способов трехмерного сканирования является метод лазерной триангуляции. В нем используются видео- или фотокамера и лазерный луч (или лазерная плоскость). Восстановление поверхности основано на алгоритме триангуляции, т.е. на анализе расположения точки пересечения лазерного луча и сканируемого объекта в плоскости проекции видеокамеры.
Аппаратная часть сканера включает в себя фотокамеру и источник лазерного излучения. В системе использована цифровая камера Canon digital IXUS 50 и полупроводниковый лазер красного цвета безымянного производителя из Китая. Вертикально ориентированный плоский расходящийся лазерный луч сформирован короткофокусной цилиндрической линзой. Лазер и линза смонтированы на одном основании и жестко соединены между собой. Сканируемый объект устанавливается на вращающийся с постоянной скоростью предметный столик. Ось лазерного луча проходит через центр вращения столика с целью минимизаций геометрических искажений изображения сканируемого объекта. Под углом в 45 градусов относительно столика установлена видеокамера, которая снимает полный оборот объекта. Отснятый материал кадр за кадром анализируется специальным алгоритмом. В каждом кадре для каждой строки изображения находятся пиксели с изображением лазерного луча. Берется среднее значения x-координат этих пикселей в экранной плоскости. Смещение получившейся точки от проекции оси вращения объекта – это X-координата трехмерной вершины. Y-координата вершины совпадает с y-координатой этой точки на экранной плоскости. Корректируется угол, под которым камера находилась к оси лазерного луча (45 градусов в нашем случае). Все полученные в кадре вершины находятся в плоскости XY и представляют одно сечение сканируемого объекта. Каждое сечение поворачивается относительно оси Y на угол, равный углу поворота предметного столика в этом кадре. Яркость каждой вершины вычисляется взвешенной суммой яркостей каждого пикселя в строке. После обработки всех кадров программа сохраняет файл формата xyzrgb с массивом точек, готовый для использования.
Дальнейшее совершенствование устройства включает в себя применение двух лазеров для сканирования «мертвых зон», использование шагового двигателя с компьютерным управлением для увеличения точности и детализации трехмерной модели, использование фотокамеры с программно управляемым спуском.