AT517149B1 - 3D-Scanner - Google Patents

Abstract

3D-Scanner mit einer Vielzahl von im Umfang eines Raumvolumens in allen drei Raumrichtungen feststehend angeordneten und zu der Mitte des Raumvolumens ausgerichteten Kameras (1), wobei die Kameras an den Innenseiten einer im wesentlichen geschlossenen, aber temporär öffenbaren Box (4) zusammen mit mindestens einer, vorzugsmäßig einer Vielzahl von Strahlungsemissionsquellen (3) angeordnet sind, und wobei eine für die Strahlung transparente Platte (2) zum Tragen von zu fotografierenden Objekten innerhalb der Box angeordnet ist, wobei die transparente Platte derart das Raumvolumen der Box in zwei Teilvolumina trennt, daß sich mindestens eine Kamera in jedem Teilvolumen befindet.

Description

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft einen 3D-Scanner mit einer Vielzahl von im Umfang eines Raumvolumens in allen drei Raumrichtungen feststehend angeordneten und zu der Mitte des Raumvolumens ausgerichteten Kameras, wobei eine für eine Strahlung transparente Platte zum Tragen von zu fotografierenden Objekten innerhalb des Raumvolumens angeordnet ist, und wobei die transparente Platte derart das Raumvolumen in zwei Teilvolumina trennt, daß sich mindestens eine Kamera in jedem Teilvolumen befindet.

[0002] Im Stand der Technik sind 3D-Scanner bekannt, bei welchen im wesentlichen das zu scannende bzw. zu fotografierende Objekt aus allen räumlichen Perspektiven gleichzeitig mit entsprechend vielen Kameras fotografiert wird, um anschließend eine dreidimensionale Grafik in Zusammenfügung aller Einzelbilder zu erstellen. Zu diesem Zweck sind Kabinen bekannt, in denen beispielsweise eine zu fotografierende Person stehen kann. An den Innenwänden einer solchen Kabine sind in regelmäßigen Abständen Digitalkameras angeordnet, die durch einen zentralen Computer gesteuert werden, um aus Einzelaufnahmen ein dreidimensionales (3D-)Bild bzw. einen Datensatz eines dreidimensionalen Modells zusammenzufügen. Die AT 14166 U1 zeigt einen solchen 3D-Scanner. Auch die WO 98/28908 A1 lehrt Vergleichbares mit einem Avatar Kiosk, in welchem eine in einer Box stehende Person von einer Vielzahl von Kameras gefilmt oder fotografiert wird.

[0003] Nachteilig dabei ist, daß zum einen der Winkelbereich unterhalb des zu fotografierenden Objektes von den Kameras nicht abgedeckt wird und daß zum anderen zu fotografierende Objekte zeitaufwendig in den 3D-Scanner gebracht und ausgerichtet sowie nach dem Fotografieren wieder entfernt werden müssen.

[0004] Die US 2013/0278725 A1 zeigt einen 3D-Scanner, bei welchem ein auf einem Drehtisch plaziertes Objekt vor einer Stereokamera gedreht wird. Nachteilig wirkt sich aus, daß selbst bei Anordnung der Kameras oberhalb und unterhalb des Drehtisches Artefakte im erzeugten Bild entstehen, die nachträglich retuschiert werden müssen. Diese Artefakte sind zumindest Teile des Drehtisches.

[0005] Die Erfindung zielt darauf ab, einen 3D-Scanner, wie eingangs angeführt, zu schaffen, in welchem Objekte in allen drei Raumrichtungen in einem Winkelbereich von 360° fotografiert werden können. Ferner sollen die Objekte zügig in den 3D-Scanner gebracht und wieder aus ihm entnommen werden können. Diese Vorteile sollen möglichst kostengünstig bereitgestellt werden und die Bedienung des 3D-Scanners nicht wesentlich erschweren. Der erfindungsgemäße 3D-Scanner erreicht dies dadurch, daß die Kameras an den Innenseiten einer im wesentlichen geschlossenen, aber temporär öffenbaren Box zusammen mit mindestens einer, vorzugsmäßig einer Vielzahl von Strahlungsemissionsquellen angeordnet sind, welche die Strahlung erzeugen, für die die Platte transparent ist, und wobei die transparente Platte über dezentral angeordnete Halterungen mit der Box verbunden ist.

[0006] Eine bevorzugte Ausführungsform des 3D-Scanners zeichnet sich dadurch aus, daß die Box von einem Gehäuse nach allen Raumrichtungen hin umgeben ist und in dem Zwischenraum zwischen der Box und dem Gehäuse eine Steuerelektronik für den 3D-Scanner oder Teile von ihm angeordnet sind.

[0007] In einer Ausführungsform der Erfindung ist die Box gas- und/oder wasserdicht verschließbar ausgeführt.

[0008] Zur weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist der 3D- Scanner eine Rampe zum Bewegen zu fotografierender Objekte auf, wobei sich die Rampe von einem Bereich außerhalb der Box zu einem Bereich innerhalb der Box, der im wesentlichen dem Mittelpunkt des Raumvolumens der Box entspricht, erstreckt.

[0009] Bevorzugt ist in einer Ausgestaltung der Erfindung, daß der 3D-Scanner einen automatisch gesteuerten Arm aufweist, mit welchem zu fotografierende Objekte aus einem Bereich außerhalb der Box zu einem Bereich innerhalb der Box bewegbar sind.

[0010] In einer Ausführungsform der Erfindung weist der 3D-Scanner ein Fließband zum Bewegen zu fotografierender Objekte auf, wobei sich das Fließband von einem Bereich außerhalb der Box zu einem Bereich innerhalb der Box, der im wesentlichen dem Mittelpunkt des Raumvolumens der Box entspricht, erstreckt.

[0011] Bevorzugt ist in einer Ausgestaltung der Erfindung, daß die transparente Platte um ihre Hochachse rotierbar aufgehängt ist.

[0012] Zur weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Platte und/oder die Box als Waage zur Messung des Gewichts der zu fotografierenden Objekte ausgeführt.

[0013] Durch den erfindungsgemäßen 3D-Scanner, der eine schnelle und serielle Arbeit mit Objekten ermöglicht, wird ein Bedarf in verschiedenen Bereichen, wie etwa der Industrie (Qualitätskontrolle seriell hergestellter Produkte oder Produktteile), Wissenschaft und Kultur (Digitalisierung von Museumsbeständen), befriedigt.

[0014] Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Seitenansicht des 3D-Scanners im Schnitt, Fig. 2 eine schematische Schrägansicht des 3D- Scanners.

[0015] Wie in Fig. 1 gezeigt, wird durch eine Box 4 ein Raumvolumen erzeugt, in welchem eine Vielzahl von Kameras angeordnet und zur Mitte des Raumvolumens ausgerichtet sind. Auf elektronischem Wege werden die Kameras 1 im Fall einer 3D-Fotografie gleichzeitig ausgelöst und ihre Daten zu einem 3D-Modell zusammengefügt. Das zu fotografierende Objekt wird dabei auf eine transparente Platte 2, die vorzugsweise aus Glas besteht, abgelegt. Da die Glasplatte 2 bezüglich der Schwerkraftrichtung waagerecht ausgerichtet und in einem vorbestimmten Abstand vom Boden der Box 4 angeordnet ist, befinden sich Kameras 1 sowohl oberhalb als auch unterhalb der Glasplatte und können das zu fotografierende Objekt in allen Winkelbereichen von oben und unten, von rechts und links sowie von vorne und hinten aufnehmen. Zur Verbesserung der Bildeigenschaften kann die Glasplatte entspiegelt bzw. für bestimmte Frequenzbereiche des Lichts entspiegelt ausgeführt sein.

[0016] Ohne die transparente Platte 2 wäre ein zu fotografierendes Objekt entweder auf den Boden der Box 4 abzustellen, woraufhin eine echte 3D-Fotografie nicht mehr vollständig möglich wäre; oder das zu fotografierende Objekt müßte aufgehängt oder auf einem individuellen Podest ausgerichtet werden. Die zuletzt genannten Lösungen haben aber den Nachteil, daß das zu fotografierende Objekt während einer zeitraubenden Handlung in den 3D-Scanner verbracht werden muß und daß anschließend aus den Fotos das Hilfsmittel zum Aufhängen oder Ausrichten des zu fotografierenden Objektes in der Raummitte der Box 4 retuschiert werden muß.

[0017] Die Box 4 mit den Kameras 1 kann von einem Gehäuse 5 vollständig umgeben sein. Dies hat den Vorteil, daß die Steuerungselektronik oder zumindest Teile davon in dem Zwischenraum von Box 4 und Gehäuse 5 untergebracht werden können und daß die äußere Hülle des 3D-Scanners, die nun das Gehäuse 5 bildet, unabhängig von der Ausführungsform der Box 4 gewählt werden kann. So ist es beispielsweise vorteilhaft, wenn der 3D- Scanner als kompaktes, leicht zu transportierendes, stoßfestes und robustes Gerät ausgeführt ist (wofür das Gehäuse 5 sorgt), während die Beschaffenheit der Box 4 derart gewählt ist, daß sie den besonderen technischen Anforderungen der Scan-Situation gerecht wird.

[0018] Je nach Anwendungsfall kann es geboten sein, die Box 4 wasser- oder gasdicht auszuführen, zum Beispiel dann, wenn feste, flüssige oder gasförmige Objekte unter besonderen Bedingungen zu fotografieren sind. Gleich, ob ein Gehäuse 5 vorhanden ist oder nicht, weist der 3D-Scanner mindestens eine verschließbare Öffnung 7 auf, um die zu fotografierenden Objekte auf einem vorbestimmten Weg einfach in den 3D-Scanner verbringen und sie aus ihm wieder entnehmen zu können.

[0019] Gemäß Fig. 2 sind innerhalb der Box 4 auch Strahlungsemissionsquellen 3 angeordnet. Typischerweise handelt es sich dabei um Lampen, die sichtbares Licht ausstrahlen. Es kann jedoch je Verwendungsart des 3D-Scanners zum Einsatz anderer Strahlungsemissionsquellen 3 kommen. Im Normalfall wird das zu fotografierende Objekt indirekt und von allen Seiten gleichmäßig beleuchtet. Die Form und Anzahl der Strahlungsemissionsquellen 3 können variieren; in Fig. 2 sind es vier LED-Röhren, die den Scanbereich indirekt und schattenfrei ausleuchten. Alternativ kann eine Strahlungsemissionsquelle 3 auch ein Muster auf das Objekt werfen, wodurch aus der erhaltenen Bilddatei des fotografierten Objektes eine genaue Struktur der äußerlichen dreidimensionalen Form gewonnen werden kann. Dies ist insbesondere dann gewünscht, wenn aufgrund der Farbgebung oder der Beleuchtung des zu fotografierenden Objektes Bereiche entstehen (z.B. Spiegelungen), aus denen die Struktur nicht ohne weiteres aus den Bilddaten berechenbar ist. Ebenso ist in Fig. 2 dargestellt, daß die transparente Platte 2 über dezentral angeordnete Flalterungen 6 mit der Box 4 verbunden ist. Die Flalterungen 6 verfügen jeweils über einen Schrittmotor zum vorbestimmten rotierenden Antrieb der Glasplatte. Dadurch kann das zu fotografierende Objekt im 3D-Scanner entweder genauer ausgerichtet oder für eine Bildserie von Einzelbild zu Einzelbild um einen vorbestimmten Winkelgrad gedreht werden. Auch dadurch können notwendige Bilddaten in problematischen Bereichen des zu fotografierenden Objektes gewonnen werden.

[0020] Um das Scannen von Objekten sicherer und schneller zu gestalten, kann der 3D-Scanner automatisch mit den zu fotografierenden Objekten beladen werden. Dazu ist eine Rampe (nicht gezeigt) vorgesehen, die von außerhalb des 3D-Scanners durch die verschließbare Öffnung 7 hindurch bis zur transparenten Platte 2 führt. Auf dieser Rampe können die Objekte verschoben werden. Alternativ oder ergänzend kann der 3D-Scanner über einen automatisch gesteuerten Arm (nicht gezeigt), wie etwa einen Roboterarm, verfügen, der die zu fotografierenden Objekte in die Box 4 hebt und aus ihr nach dem Fotografieren wieder entnimmt. Weiterhin ergänzend oder alternativ kann der 3D- Scanner über ein Fließband verfügen (nicht gezeigt), auf welchem die Objekte in einer vorbestimmten Geschwindigkeit und mit einem vorbestimmten Abstand in die Box 4 verbracht und aus ihr wieder heraustransportiert werden. Die Box 4 kann zwei sich gegenüberliegende Öffnungen 7 aufweisen, durch welche die Objekte per Fließband jeweils hinein- und hinausgelangen.

[0021] In den 3D-Scanner kann eine Waage zur Ermittlung des Gewichts des zu fotografierenden Objektes eingebaut sein. Die Waage kann Bestandteil der transparenten Platte oder der Box 4 sein. Es kann das unmittelbare Gewicht des zu fotografierenden Objektes während der Aufnahme oder auch eine Gewichtsveränderung eines sich während einer Abfolge mehrerer Aufnahmen verändernden Objektes ermittelt werden. Aus dem Datensatz des zu fotografierenden Objektes, aus welchem u.a. dessen Volumen ermittelbar ist, kann zudem in Kombination mit der Information über das Gewicht des zu fotografierenden Objektes die Dichte berechnet werden.

Claims (8)

1. Patentansprüche 1. 3D-Scanner mit einer Vielzahl von im Umfang eines Raumvolumens in allen drei Raumrichtungen feststehend angeordneten und zu der Mitte des Raumvolumens ausgerichteten Kameras, wobei eine für eine Strahlung transparente Platte (2) zum Tragen von zu fotografierenden Objekten innerhalb des Raumvolumens angeordnet ist, und wobei die transparente Platte (2) derart das Raumvolumen in zwei Teilvolumina trennt, daß sich mindestens eine Kamera (1) in jedem Teilvolumen befindet, dadurch gekennzeichnet, daß die Kameras an den Innenseiten einer im wesentlichen geschlossenen, aber temporär öffenbaren Box (4) zusammen mit mindestens einer, vorzugsmäßig einer Vielzahl von Strahlungsemissionsquellen (3) angeordnet sind, welche die Strahlung erzeugen, für die die Platte (2) transparent ist, und wobei die transparente Platte (2) über dezentral angeordnete Halterungen (6) mit der Box (4) verbunden ist.
2. 2. 3D-Scanner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die transparente Platte (2) um ihre Hochachse (8) rotierbar aufgehängt ist, wobei die Halterungen (6) jeweils über einen Schrittmotor zum vorbestimmten rotierenden Antrieb der transparenten Platte (2) verfügen.
3. 3. 3D-Scanner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Box (4) von einem Gehäuse (5) nach allen Raumrichtungen hin umgeben ist und in dem Zwischenraum zwischen der Box (4) und dem Gehäuse (5) eine Steuerelektronik für den 3D-Scanner oder Teile von ihm angeordnet sind.
4. 4. 3D-Scanner nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Box (4) gas- und/oder wasserdicht verschließbar ausgeführt ist.
5. 5. 3D-Scanner nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß er eine Rampe zum Bewegen zu fotografierender Objekte aufweist, wobei sich die Rampe von einem Bereich außerhalb der Box (4) zu einem Bereich innerhalb der Box (4), der im wesentlichen dem Mittelpunkt des Raumvolumens der Box (4) entspricht, erstreckt.
6. 6. 3D-Scanner nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß er einen automatisch gesteuerten Arm aufweist, mit welchem zu fotografierende Objekte aus einem Bereich außerhalb der Box (4) zu einem Bereich innerhalb der Box (4) bewegbar sind.
7. 7. 3D-Scanner nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß er ein Fließband zum Bewegen zu fotografierender Objekte aufweist, wobei sich das Fließband von einem Bereich außerhalb der Box (4) zu einem Bereich innerhalb der Box (4), der im wesentlichen dem Mittelpunkt des Raumvolumens der Box (4) entspricht, erstreckt.
8. 8. 3D-Scanner nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (2) und/oder die Box (4) als Waage zur Messung des Gewichts der zu fotografierenden Objekte ausgeführt ist. Hierzu 2 Blatt Zeichnungen