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2007/01/13

3Dスキャナを作ってみた

GIGAZINで立体物を自動作成できるオープンソースの3Dプリンタ「Fab@Home」なんてものが紹介されていました。
材料費2400ドルではさすがに真似して作ってみるなんてことも出来ないなぁと思いながらも興味があったので似たようなものがないかググっていたら、3Dプリンタではないですが、pop*pop:年末年始の工作に最適?1万円以下で3Dスキャナーを作っちゃう方法というのを見つけました。

DAVIDというフリーウェアを使えば、あとはWebカメラ、キャリブレーションコーナー(位置測定用ボード)、レーザーポインタがあれば簡単に3Dスキャナが作れてしまうんだそうです。

 
Webカメラとレーザーレベルが手元にあったので、1万円どころか0円で3Dスキャナを作ってみました。

 
用意したのは、
・段ボール
・印刷したキャリブレーションコーナー用紙
・WDMドライバ対応のWebカメラ(キーエンスのROUND VIEWという6年ほど前のもの)
・簡易レーザーレベル(1年前に1500円ぐらいで購入したもの)
・3Dスキャナソフト「DAVID」(ダウンロード先:Institut für Robotik & Prozessinformatik

070112_01
すべて手持ちのものなので掛かった費用は0円

 
まず、キャリブレーションコーナーを作ります。
ソフトに添付されているpdfファイルをA3に印刷して、段ボールに貼り付けるだけです。

070112_02
キャリブレーションコーナー完成

 
このキャリブレーションコーナーとWebカメラを適当に設置しソフトを起動します。
起動画面で[Next]をクリックすると以下のような画面になります。

070112_12
ここでカメラの解像度を設定して自動カメラキャリブレーションを実行
 

070112_13
25箇所のfiducial markを認識

 
自動キャリブレーションがうまくいかない場合は、映像の余分な部分をマスクして、再度自動でキャリブレーションするか、手動でキャリブレーションを行います。

キャリブレーションが完了したら[NEXT]をクリックして、スキャン作業画面に移ります。

070112_05
スキャン作業画面
 

ここで、対象物をキャリブレーションコーナーの前に設置します。

070112_03
スキャン対象はファブリーズ

 
準備が出来たら部屋を暗くし、[Start]をクリックしてスキャンを開始します。
対象物の斜め上方向からラインレーザーを当てます。

070112_04
こんな感じでラインレーザーを照射
 

上下にゆっくり動かしながら、スキャンイメージ画面をでスキャンされていない箇所がなくなるようにレーザーを照射します。

070112_06
スキャン完了

 
ファブリーズの形がくっきり浮かび上がっています。
[Show 3D]をクリックするとスキャンしたデータを3Dで見ることが出来ます。
回転や拡大縮小などグリグリと動かすことが可能です。

スキャンしたデータを3Dで表示してみました。

070112_07
なんだこの物体は?

 
ということで、見事に失敗しました。

スキャンしたデータはwavefront .OBJ形式で保存できます。
Poser5Jで読み込んでみました。

070112_09
この方向から見るとちょっとはファブリーズっぽく見えるかな

 
何度か試してみましたが、なかなかうまくスキャンできませんでした。
Webカメラの解像度の低さと安物レーザーレベル(スポット径が50cm先で約3.5mmの低性能)が原因だと思います。

スキャン対象物がレーザーを反射するような材質や色の濃い物だとうまくいきません。
今回試したファブリーズの容器も、商品ラベルを貼った状態ではうまくスキャンできず、またキャップより上の部分もスキャンすることが出来ませんでした。

 
ラインレーザー機能のないレーザーポインタでも、ガラス製マドラーなど細い円筒形ガラスをレンズとして使えばラインレーザー光を作ることが可能なので、結構簡単に材料は揃うと思います。

 
追記
いろいろ条件を変えて試してみたところ、部屋を暗くしない方がスキャン結果が良好な感じです。

ゴミ箱に捨ててあった発泡スチロールの欠片もスキャンしてみました。

070113_14
90×90×150mm程度の発砲スチロール片をスキャン

070113_15
スキャン結果にInterpolate処理とSmooth Average処理を行った状態

この程度の精度です。

 
追記2
Webカメラは暗い環境でもノイズの少ないCCDタイプが良いようです。
CCDタイプならELECOM USB PCカメラ UCAM-N1D30MSV (Amazon)が1,800円以下で安い。

レーザーレベルは楽天スーパーオークションで出品中のコンパクトレーザーレベル(入札締め切り1/15 23:55、出品数200個)が狙い目です。
見た目からして性能はあまり良くなさそうですが、同商品の過去の落札リストを見ると555円という値段で落札出来ています。

 
追記3
楽天スーパーオークションのレーザーレベル落札価格の最低は350円でした。
私も400円台で1台落札できました。

 
3Dスキャナを作ってみた その2へ続く

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