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Die Erfindung betrifft eine 3D-Scanvorrichtung mit einem Aufnahmeraum mit wenigstens einem Wandelement, das wenigstens eine Aufnahme aufweist. Gattungsgemäße Scanvorrichtungen sind dazu geeignet und bestimmt, physikalische Gegenstände, aber auch lebende Personen, seien es Menschen oder Tiere, zum Bestimmen einer 3D-Präsentation zu schaffen.
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Die
DE 19625361 A1 beschreibt einen 3D-Scanner mit Kameramodulen an einem gemeinsamen Gestell, das über eine Objektplattform angeordnet ist.
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Die
DE 102007007576 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Sichern eines Arbeitsraums durch Erstellung eines dreidimensionalen Bildes vom Arbeitsraum und anschließender Analyse, ob der Ist- vom Sollzustand abweicht, um anschließend ein entsprechendes Signal zu erzeugen.
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US 2014/0293011 A1 zeigt eine 3D-Scanvorrichtung zum Erzeugen eines digitalen Modells eines Objektes mit Projektoren, die auf ein Zeilobjekt ein Lichtmuster projizieren, wobei das reflektierte Licht mittels Kameras erfasst wird.
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Die
EP 3064894 A1 beschreibt eine 3D-Scanvorrichtung mit einem Aufnahmeraum, Wandelementen, einem Ein- und Ausgang, Kameramodulen, Projektoren und einer Auswerteinrichtung.
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Grundsätzlich gibt es zur Herstellung von 3D-Scans zwei Methoden: Die Fotogrammetrie und den Handscanner. Hierbei kommen Tiefenkameras mit Prime-Sense-Sensoren, beispielsweise der Firma Kinect, Arsus Xtion oder Camine zum Einsatz. Aus deren Rohdaten lassen sich per Software 3D-Objektmodelle berechnen. Manche Software, wie FabliTec 3D Scanner oder ReconstructMe unterstüzen den Scan des eigenen Oberkörpers, wofür man beispielsweise auf einem Drehstuhl oder einem Drehteller vor der Kamera eine volle 360° Rotation durchführen muss. Ähnlich arbeitet der Webdienst Shapify.me von Artec, der einen Ganzkörperscan mit der Kinect mit einem Online-Druckdienst kombiniert. Aus den Bildern oder Bilderserien berechnen Cloud-Dienste, wie Recap und 123DCatch von Autodesk die gewünschen 3D-Dateien. Für die Fotogrammetrie gibt es daneben auch OpenSource-Software sowie die Software Photoscan von Agisoft. Die meisten erwähnten Programme und Cloud-Dienste versuchen, Löcher im erfassten Oberflächen-Polygonnetz automatisch zu schließen und andere topologische Fehler zu beheben. In der Regel benötigen die exportierten 3D-Modelle aber noch einigen Feinschliff.
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Zur Erfassung der 3D-Objekte kommen herkömmliche synchronisierte Spiegelreflex-Kameras, zunehmend aber auch sogenannten „Tiefenkameras“ mit feststehenden Linsen zum Einsatz. Um die Objekte vor sich plastisch zu erfassen, projizieren die Tiefenkameras mit einem Infrarotlaser ein Punktmuster in den Raum. Gegenstände, Personen und Wände reflektieren diese Punkte. Ein Infrarotsensor in der Tiefenkamera registriert wiederum diese Reflektionen. Er sitzt um ca. 7,5 cm versetzt im Gehäuse und erfasst die Szene deshalb aus einem metrisch anderem Winkel. Die Folge: Je näher sich ein Objekt an der Kamera befindet, desto stärker erscheinen die von ihm reflektierten Punkte verschoben. Die Software vergleicht das aufgenommene Punktmuster mit einem Referenzmuster, identifiziert die verschobenen Punkte und berechnet daraus die Tiefenkoordinaten.
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Bei anderen bekannten Verfahren, wie etwa aus der
EP 3 064 894 A1 , wird ein Projektionsmuster auf die zu scannende Person oder den zu scannenden Gegenstand projiziert. Bei Objekten, die zu klein für die Auflösung der PrimeSense-Tiefenkameras sind, wird das Lichtschnittverfahren angewandt. Dabei zeichnet ein Laser eine Linie auf das Zielobjekt, das sich langsam auf einem Teller dreht. Betracht man die Linie schräg von der Seite, erscheint sie je nach Form der Oberfläche verzerrt. Dies schneidet wiederum eine Kamera mit, aus deren Bilddaten die Software nach einer kompletten 360° Drehung das 3D-Modell berechnet. Diese Methode benutzt beispielsweise das OpenSource-Gerät FabScan.
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Eine Variante des Lichtschnitts ist das Coded-Light-Verfahren, bei dem der Gegenstand nicht mit einer simplen Linie, sondern flächig durch eine Abfolge von immer feiner werdenden Streifenmustern bestrahlt wird. Das ist schneller, ist aber aufwendiger, da man für die Projektion einen Beamer benötigt. Mit Coded-Light arbeitet beispielsweise der David-Laserscanner. Der kostenlose Webdienst 123DCatch von Autodesk lädt eine Serie von Fotos eines unbewegten Objektes hoch und man erhält nach kurzer Zeit ein texturiertes 3D-Modell, das man noch zuschneiden und dann exportieren kann. Die Software auf den Autodesk-Servern versucht für die Rekonstruktionen markanter Punkte des Gegenstands auf möglichst vielen Bildern zu identifizieren und daraus die Kameraposition bei der Aufnahme abzuleiten. Deshalb werden relativ viele Aufnahmen benötigt, in der Regel werden mindestens 30 Aufnahmen erforderlich.
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Bei allen bekannten Lösungen werden die erforderlichen Kameras in die Wandelemente eingebaut. Zudem werden Beleuchtungselemente benutzt, die ein direktes Licht ergeben, wie Lightboxen und Lichtanlagen. Dies führt zu einer ungleichmäßigen Beleuchtung der zu scannenden Objekte, Überbelichtungen von Objekten und teilweise auch zu unerwünschtem Lichteinfall in die Objektive. Weitere Nachteile sind unnötige Stellen der Objekte beim Scanvorgang, unsortiert verlaufende Kabel und eine Neigung der eingesetzten Technik zur Überhitzung.
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Aufgabe der Erfindung ist es eine Lösung zu schaffen, bei der eine schnellere Handhabung, insbesondere ein schnellerer Auf- und Abbau, eine kompaktere Bauweise, eine Verringerung des Aufwands und der Kosten, eine bessere Ausleuchtung und bessere Scanergebnisse erreicht werden.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung mit einer 3D-Scannvorrichtung mit einem im Wesentlichen kreisrunden, polygonalen oder elliptischen Grundriss mit Wandelementen und wenigstens einer Tür und Decke gelöst, die sich dadurch kennzeichnet, dass Profilleisten zur Aufnahme von Kameramodulen, elektronischen Bauteilen, Lüftern und dgl. vorgesehen sind.
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Zwischen den Profilleisten an den Wänden und der Decke sind Leuchtelemente, beispielsweise LED-Leuchtleisten, vorgesehen.
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In den Profilleisten können in einfacher und platzsparender sowie kostengünstiger Weise mehrere Kameramodule, insbesondere Tiefenkameras, beispielsweise Raspberry-Pi-Kameras und die zugehörigen Boards, ggf. auch Lüftungselemente und dgl., (vor-)montiert werden. Sie können aber darin auch beweglich angebracht werden, insbesondere so, dass sie in horizontaler oder vertikaler Richtung verschwenkt werden können. Dies geschieht durch kleine, beweglich eingearbeitete Klappen, in die die Kameras von hinten eingesetzt sind. Mehrere Tiefenkameras können mit einer Auswerteeinheit bzw. einem Board verbunden werden. Insgesamt schafft die Anordnung innerhalb der Profile eine saubere Lösung, der bisherige Kabelsalat entfällt.
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Dadurch, dass die Lichtelemente, beispielsweise die LED-Lichtleisten, an den gegenüber den Profilleisten zurückspringenden Wandelementen montiert sind, entfällt ein Lichteinfall in die Kameraobjektive und Lichtreflektionen bzw. Überbelichtungen von Objekten und deren ungleichmäßige Beleuchtung. Vielmehr ergibt sich eine eher indirekte, gleichmäßige Beleuchtung. Derartige Lichtelemente können auch an der Decke in geeigneter Weise angeordnet sein, ebenso wie Profilleisten zur Aufnahme der Kameramodule, um auch aus der Vogelperspektive 2D-Aufnahmen zur Erzeugung des 3D-Objekts zu erhalten.
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Im Extremfall können auch in den Boden entsprechende Kameraelemente, insbesondere Tiefenkameras eingebaut werden.
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In besonders vorteilhafter Weise ist vorgesehen, dass Wände, Decke, Boden und/oder Profile mit gleichmäßigen geometrischen Mustern versehen sind. Bei diesen kann es sich sowohl um dreieckige, rechteckige, quadratische, rautenförmige, streifenförmige, karierte, elliptische, polygonale oder sonstige geeignete geometrische Muster handeln, beispielsweise auch Gitter- oder Würfelmuster. Derartige regelmäßige geometrische Formen erleichtern die Durchführung des fotogrammetrischen Verfahrens und die nachfolgenden Auswertungen und Berechnungen. Dadurch, dass erheblich bessere und schärfere Konturen des zu erzeugenden 3D-Objektes berechnet und hergestellt werden können, vermindert sich der Nachbearbeitungsaufwand erheblich.
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In Ausgestaltung ist vorgesehen, dass wenigstens eine Profilleiste als Hohlprofil ausgebildet ist, wobei das Kameramodul innerhalb des Hohlprofils angeordnet ist. Zur Kühlung des Kameramoduls kann eine vorgegebene Luftmenge das Hohlprofil durchströmen, es können auch Kühlelemente in den Profilen angeordnet sein.
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In einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass wenigstens zwei Aufnahmen vorgesehen sind, die diametral entgegengesetzt angeordnet sind.
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In weiterer Ausgestaltung weist jede Profilleiste entlang ihrer Längserstreckung mehrere zueinander beabstandete Kameramodule auf, wobei in der Einsteckposition der Profilleisten die Einbauhöhen der Kameramodule jeweils zweier direkt benachbarter Profilleisten zueinander versetzt sind.
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Die in den Profilleisten angeordneten Kameramodule sind so angeordnet und eingerichtet, 2D-Bilder von dem zu scannenden Objekt oder der zu scannenden Person im Aufnahmeraum aus unterschiedlichen Aufnahmerichtungen aufzunehmen. Die Bilddateien werden durch eine an sich bekannte Auswertungseinrichtung ausgewertet, um eine digitale 3D-Präsentation der zu scannenden Personen oder des zu scannenden Objektes herzustellen.
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Vorteilhaft weist jede Profilleiste entlang ihrer Längserstreckung mehrere zueinander beabstandete Kameramodule auf, wobei in der Einsteckposition der Profilleisten die Einbauhöhen der Kameramodule jeweils zweier direkt benachbarter Profilleisten zueinander versetzt sind.
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Dabei ist weiterhin vorgesehen, dass wenigstens ein Kameramodul unter einem Winkel zur Horizontalen ausgerichtet ist. Auch kann die Ausrichtung des Kameramoduls veränderbar sein.
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Wenigstens eine Profilleiste kann einen Projektor aufweisen, um ein Projektionsmuster auf die zu scannende Person oder das zu scannende Objekt zu projizieren, was die Auswertung erleichtert.
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Zwei Profilleisten können mit einem Querprofil verbunden sein, wobei wiederum das Querprofil wenigstens ein Kameramodul aufweisen kann, ebenso wie einen Projektor.
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Um die thermische Belastung der eingesetzten technischen Elemente zu verringern, kann wenigstens eine Profilleiste mindestens einen Lüfter aufweisen.
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Um das Objekt oder Subjekt indirekt zu beleuchten, kann es insbesondere mit diametral angeordneten Leuchtmitteln indirekt beleuchtet werden.
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Um eine möglichst gleichmäßige und indirekte Beleuchtung zu erzielen, ist vorgesehen, dass der Lichtkegel im Wesentlichen unter einem Winkel von 30° bis 60°, insbesondere 40° bis 50°, auf dem Wandelement auftrifft.
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Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung beispielhaft näher erläutert. Diese zeigt in
- 1 eine schematische Durchsichtsperspektive
- 2 eine Variante von 1
- 3 eine weitere Variante von 1 und 2
- 4 eine Schnittzeichnnung durch eine erfindungsgemäße Kabine
- 5 eine Aufsicht auf eine erfindungsgemäße Kabine gemäß 4
- 6 eine Ansicht einer erfindungsgemäßen Profilschiene mit Kameramodulen
- 7 ein Beispiel eines geometrischen Musters
- 8 ein Beispiel gemäß 7 auf Wandelement und Profilleisten
- 9 ein Beispiel gemäß 7 auf Profilleiste und Kameramodul.
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Eine allgemein mit 1 bezeichnete 3D-Scannvorrichtung, die beispielhaft kreisrund oder polygonal ausgebildet ist, weist nicht näher dargestellte Wandelemente, einen Durchlass 2, in dem sich eine nicht näher dargestellte Tür befindet, und nicht näher dargestellte Deckenelemente auf. An den Wandelementen sind Profilleisten 3 zur Aufnahme von Kameramodulen 4, elektronischen Bauteilen 5 und nicht näher dargestellten Lüftern und anderen Bauteilen angeordnet.
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Die Profilleiste 3 ist vorzugsweise als Hohlprofil ausgebildet, und das Kameramodul 4 ist innerhalb des Hohlprofils angeordnet. Um das Kameramodul 4 und evtl. weitere Bauteile, wie beispielsweise elektronische Bauteile (Boards) zu kühlen, kann das Hohlprofil 6 von einer geeigneten vorgegebenen Luftmenge durchströmt werden.
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Jede Profilleiste 3 weist zweckmäßig entlang ihrer Längserstreckung mehrere zueinander beabstandete Kameramodule 4, 4', 4" auf, wobei in der Einsteckposition der Profilleisten 3 die Einbauhöhe der Kameramodule 4, 4', 4" jeweils zweier direkt benachbarter Profilleisten 3 zweckmäßig zueinander versetzt sind.
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Die Kameramodule 4, 4', 4" können unter einem Winkel zur Horizontalen ausgerichtet sein, die Ausrichtung kann auch veränderbar sein.
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Die Profilleisten 3 weisen in Ausgestaltung einen Projektor 8 auf, jeweils Profilleisten 3 können auch mit einem Querprofil 7 verbunden sein, wobei das Querprofil 7 wenigstens ebenfalls ein Kameramodul 4 aufweisen kann. Auch das Querprofil 7 kann einen Projektor 8 aufnehmen.
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Zwischen verschiedenen Profilleisten 3 befinden sich Beleuchtungselemente 9, beispielsweise LED-Leisten. Auch an der Decke können sich Profilleisten 3 mit Kameramodulen 4, 4', 4" und Lichtleisten 9 befinden.
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Für die Erfindung von besonderer Bedeutung ist auch, dass die Wand- und Deckenelemente einschließlich der Profilleisten 3 gleichmäßige geometrische Muster aufweisen, und gleichzeitig eine matte Grundfarbe, beispielsweise ein leichtes oder gedecktes Grau, Anthrazit oder dgl.
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Die geometrischen Muster können rechteckige, quadratische, rautenförmige, streifenförmige, karierte, hexagonale, polygonale, kreisrunde, elliptische oder dreieckige Muster sein. Auch können Wände, Decken und/oder Profile mit einem Gitter- oder Würfelmuster versehen sein. Um Reflektionen und übermäßige Belichtungen und Lichteinfall in die Kameraobjektive zu vermeiden, ist es sinnvoll, die Aufnahmeobjekte indirekt zu beleuchten, dazu können sie auch mit diametral angeordneten Leuchtmitteln indirekt beleuchtet werden.
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Dabei ist es vorteilhaft, wenn der Lichtkegel im Wesentlichen unter einem Winkel von 30° bis 60°, insbesondere 40° bis 50° auf die jeweiligen Wandelemente auftrifft.
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Natürlich ist die Erfindung nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Weitere Ausgestaltungen sind möglich, ohne den Grundgedanken zu verlassen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- 3D-Scannvorrichtung
- 2
- Durchlass
- 3
- Profilleisten
- 4
- Kameramodule
- 5
- Elektronische Bauteile
- 6
- Hohlprofil
- 7
- Querprofil
- 8
- Projektor
- 9
- Leuchtmittel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19625361 A1 [0002]
- DE 102007007576 A1 [0003]
- US 2014/0293011 A1 [0004]
- EP 3064894 A1 [0005, 0008]
