A real-time 3D scanner system developed with combined usage of active triangulation and time of flight sensors

Abstract

Bu çalışma, aktif üçgenleme ve uçuş zamanı sensörü teknolojilerini birleştiren gerçek zamanlı bir 3 boyutlu tarayıcı sisteminin geliştirilmesini ve değerlendirilmesini sunmaktadır. Bu araştırmanın amacı, nesnelerin hassas 3 boyutlu modellerini yakalayabilen sağlam ve verimli bir sistem tasarlamaktır. Önerilen sistem, yapılandırılmış ışık desenlerinin hedefe yansıtılmasını ve yansıyan desenlerin bir kamera kullanılarak yakalanmasını içeren aktif üçgenlemeyi kullanır. Ek olarak, ışığın hedefe gidip geri gitmesi için geçen süreyi ölçen bir uçuş süresi (TOF) sensörü dahil edilerek derinlik bilgisinin elde edilmesi sağlanır. Sistemin uygulanması donanım bileşenlerinin, kalibrasyon prosedürlerinin ve yazılım algoritmalarının entegrasyonunu içerir. Donanım kurulumunda yüksek çözünürlüklü bir kamera, lazer projektörler ve bir TOF sensörü bulunur. Kamera, projektör ve TOF sensörü arasında doğru eşleşmeyi sağlamak için kalibrasyon teknikleri kullanılır. Elde edilen verileri işlemek ve tam bir 3 boyutlu model oluşturmak için nokta bulutu kaydı ve yüzey yeniden yapılandırması gibi çeşitli hesaplama algoritmaları kullanılır. Geliştirilen sistemin performans değerlendirmesi, farklı karmaşıklık düzeylerine sahip farklı nesneler üzerinde yapılan testleri içermektedir. Sonuçlar, sistemin ayrıntılı 3D modelleri gerçek zamanlı olarak yüksek doğruluk ve çözünürlükle yakalama yeteneğini göstermektedir. Sistemin ortam aydınlatması ve nesne yansıması gibi çevresel faktörlere karşı dayanıklı olduğu görülmektedir. Bu çalışmanın bulguları, gerçek zamanlı 3 boyutlu model edinimi için pratik ve etkili bir yaklaşım sunarak 3 boyutlu tarama alanına katkı sağlamaktadır. Geliştirilen sistemin hızlı ve hassas 3B tarama işleminden faydalabilecek tüm araştırma ve endüstri alanlarında uygulanma potansiyeli vardır.

This study presents the development and evaluation of a real-time 3D scanner system that combines active triangulation and time of flight sensor technologies. The aim of this research is to design a robust and efficient system capable of capturing accurate 3D models of objects. The proposed system utilizes active triangulation, which involves projecting structured light patterns onto the target and capturing the reflected patterns using a camera. Additionally, a time of flight (TOF) sensor is incorporated to measure the time it takes for light to travel to the target and back, enabling depth information to be obtained. The implementation of the system involves the integration of hardware components, calibration procedures, and software algorithms. The hardware setup includes a high-resolution camera, laser projectors, and a TOF sensor. Calibration techniques are employed to establish accurate correspondence between the camera, projectors, and the TOF sensor. Various computational algorithms, such as point cloud registration and surface reconstruction, are employed to process the acquired data and generate a complete 3D model. The performance evaluation of the developed system includes tests on different objects and scenes with varying levels of complexity. The results demonstrate the system's ability to capture detailed 3D models in real-time, with high accuracy and resolution. The system proves to be robust against environmental factors such as ambient lighting and object reflectivity. The findings of this study contribute to the field of 3D scanning by presenting a practical and efficient approach for real-time 3D model acquisition. The developed system has potential applications in any field of research and industry that can utilize fast and accurate 3D scanning.