Horus Documentation. Release 0.2. Jesús Arroyo Torrens

Transcripción

1 Horus Documentation Release 0.2 Jesús Arroyo Torrens March 18, 2016

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3 Contents 1 Guía rápida Introducción Wizard Escaneado Bancos de trabajo Menu Control Ajuste Calibración Escaneado i

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5 Contenido: Contents 1

6 2 Contents

7 CHAPTER 1 Guía rápida 1.1 Introducción Horus es una aplicación multiplataforma para experimentar con el escáner 3D libre Ciclop. Proporciona una interfaz gráfica que permite conectarse al escáner, controlar sus dispositivos, ajustar los parámetros de escaneado, autocalibrar el escáner y escanear objetos en 3D con Ciclop. Incluye además un visualizador de la nube de puntos obtenida en tiempo real. Ha sido creado por bqlabs, el Departamento de Innovación y Robótica de BQ, desarrollado en Python y liberado bajo la licencia GPLv2. 3

8 1.2 Wizard Al abrir por primera vez Horus, aparece una ventana de bienvenida. Esta ventana tiene dos partes: Crear nuevo: permite lanzar el Wizard o cada uno de los bancos de trabajo. Abrir reciente: proporciona un acceso directo a los modelos (ply o stl) abiertos o creados anteriormente. Pulsando sobre Wizard se abre el menú interactivo en el que se configura el escáner paso a paso Ventana de conexión En esta ventana se realiza la conexión del escáner, el ajuste de la luminosidad y el proceso de autocomprobación. Conectar: conecta la cámara y la electrónica de Ciclop. Si no encuentra alguno de los dispositivos se genera una notificación informativa. Editar ajustes: este botón despliega una ventana en la que se puede ajustar la exposición de la cámara en función de la luminosidad de la escena. Una luminosidad alta implica una menor exposición en la cámara y viceversa. Auto-comprobación: para realizar este proceso es necesario colocar el patrón correctamente sobre la plataforma, como indica la figura. Este proceso realiza una vuelta completa de la plataforma determinando: Detección del patrón: indica si el patrón no se ha detectado correctamente por problemas de luminosidad o brillo. Dirección del motor: detecta si el motor ha sido conectado al revés e indica cómo corregirlo. Detección de los láseres: detecta si los láserses han sido conectados correctamente y están operativos. 4 Chapter 1. Guía rápida

9 1.2. Wizard 5

10 6 Chapter 1. Guía rápida

11 Nota: la primera vez que se pulsa auto-comprobación, indica si se desean alinear los láseres. Esto es para modificar manualmente la orientación de los láseres hasta que emitan una línea perpendicular a la plataforma Ventana de calibración En esta ventana se realiza de forma conjunta la calibración de los láseres y la plataforma giratoria. Esta calibración determina automáticamente los planos en el espacio de cada uno de los láseres con respecto a la cámara, así como la relación espacial entre la plataforma giratoria y el centro óptico de la cámara. La primera vez se ejecuta el proceso de calibración, hay que introducir la Distancia al origen del patrón, como se indica en la imagen. Esta distancia es fundamental para la calibración de la plataforma, ya que indica la relación entre la posición de la pegatina del patrón y la base Ventana de escaneo En esta ventana se ajustan los parámetros de escaneo: Resolución: está relacionada con el número de pasos por vuelta del motor. Alta: 800 pasos (0.45º) Media: 400 pasos (0.9º) Baja: 200 pasos (1.8º) 1.2. Wizard 7

12 8 Chapter 1. Guía rápida

13 Laser: se selecciona el láser izquierdo, derecho o ambos. Capturar textura: indica si capturar la nube de puntos con o sin color. Al completar el Wizard se accede a la ventana principal. 1.3 Escaneado Esta es la ventana principal del banco de trabajo de escaneo Escaneado 9

14 Para escanear hay que pulsar el botón de Play. También se puede detener, pausar y reanudar el escaneo. Durante el escaneo se muestra el progreso en la parte inferior de la escena. 10 Chapter 1. Guía rápida

15 Se puede navegar en el visualizador 3D mediante los siguientes accesos rápidos: Acción Acceso rápido 1 Acceso rápido 2 Vistas predeterminadas Inicio / AvPag / RePag / Fin Rotación Clic izquierdo Shift + Arriba/Abajo Rotación horizontal Arriba/Abajo Rotación vertical Izquierda/Derecha Desplazamiento vertical Ctrl + Rueda ratón Ctrl + Arriba/Abajo Resetear desplazamiento vertical Doble clic izquierdo Traslación Shift + Clic Izquierdo Zoom Rueda ratón Shift + Arriba/Abajo Eliminar objeto Clic derecho + Eliminar objeto Supr Una vez finalizado el proceso de escaneado, el objeto se guarda en Fichero > Guardar modelo. Éste se almacena en formato ply Escaneado 11

16 12 Chapter 1. Guía rápida

17 CHAPTER 2 Bancos de trabajo 2.1 Menu File Lanzar wizard: abre la ventana de wizard. Cargar modelo: permite visualizar una nube de puntos en PLY o una malla en STL. Guardar modelo: guarda la nube de puntos de la escena 3D en formato PLY. Borrar modelo: elimina el modelo de la escena 3D. Abrir perfil: carga todos los parámetros de control, ajuste y escaneo. Guardar perfil: guarda en formato JSON todos los parámetros de control, ajuste y escaneo, a excepción de la calibración. Resetear perfil: resetea al valor por defecto todos los parámetros de control, ajuste y escaneo, a excepción de la calibración. Abrir calibración: carga todos los parámetros de calibración. Guardar calibración: guarda en formato JSON todos los parámetros de calibración. Resetear calibración: resetea al valor por defecto todos los parámetros de calibración. Exportar log: guarda un fichero.log con el registro de las ejecuciones previas. Eliminar log: borra el fichero de registro. Se borra automáticamente cada 7 días. Salir: finaliza la ejecución del programa. 13

18 2.1.2 Edit Preferencias: abre la ventana de preferencias. En esta ventana se seleccionan los parámetros de conexión, permite la carga del firmware en la electrónica del escáner, cambiar de idioma y seleccionar la opción de invertir motor. 14 Chapter 2. Bancos de trabajo

19 2.1.3 View Este menú permite seleccionar las ventanas visibles en el banco de trabajo de escaneado. Estas son el panel de configuración, el video y la escena 3D. También permite activar el Modo Avanzado, que en este caso muestra la Calibración Intrínseca Menu 15

20 2.1.4 Help El menú de ayuda se puede abrir la ventana de bienvenida, comprobar actualizaciones y acceder a los recursos web del proyecto. 16 Chapter 2. Bancos de trabajo

21 2.1.5 Combo Con este combo se seleccionan los distintos bancos de trabajo Menu 17

22 2.2 Control En este banco de trabajo sirve para probar los componentes del escáner: cámara, láseres y motor. 18 Chapter 2. Bancos de trabajo

23 2.2.1 Cámara En esta sección se puede ajustar el brillo, contraste, saturación y exposición de la cámara Control 19

24 2.2.2 Láser En esta sección se pueden encender y apagar los dos láseres. 20 Chapter 2. Bancos de trabajo

25 2.2.3 Motor En esta sección se puede mover el motor sintonizando el ángulo del movimiento, su velocidad y aceleración. Éstos valores sólo afectan a este banco de trabajo Control 21

26 2.2.4 Gcode Esta sección presenta una terminal que permite comunicarse con el firmware por medio de comandos Gcode. 22 Chapter 2. Bancos de trabajo

27 2.3 Ajuste En este banco de trabajo se ajustan los parámetros de captura de la cámara y procesamiento de imagen para los distintos estados en los que puede estar el sistema. En todo momento se pueden observar los cambios de los ajustes en el video Ajustes de escaneado Estos ajustes se aplican durante el proceso de escaneado. Captura En esta sección se ajustan los parámetros correspondientes a la captura durante el proceso de escaneado. parámetros de deben ajustar con el objeto a escanear. El modo textura contiene los parámetros que utilizará el escáner para capturar la textura o color del objeto. Éstos son: brillo, contraste, saturación y exposición. Estos 2.3. Ajuste 23

28 El modo láser contiene los parámetros que utilizará el escáner para capturar y detectar el láser. Estos son: brillo, contraste, saturación, exposición y eliminación del fondo. La opción eliminar fondo facilita la detección de los láser a costa de consumir el doble de tiempo. 24 Chapter 2. Bancos de trabajo

29 Segmentación En esta sección se ajusta la apertura y el umbral para la detección del láser durante el escaneado. Open: elimina ruido de fondo a costa de perder resolución. Threshold: fija un umbral de detección. Actúa también para eliminar ruido de fondo. Windows: establece una ventana de detección alrededor del punto de máxima intensidad. Blur: aplica un filtro de difuminado a la imagen Ajuste 25

30 2.3.2 Ajustes de calibración Estos ajustes se aplican durante el proceso de calibración. Captura En esta sección se ajustan los parámetros correspondientes a la captura durante el proceso de calibración. Estos parámetros de deben ajustar con el patrón de calibración. El modo patrón contiene los parámetros que utilizará el escáner para detectar correctamente el patrón. Éstos son: brillo, contraste, saturación y exposición. 26 Chapter 2. Bancos de trabajo

31 El modo láser contiene los parámetros que utilizará el escáner para capturar y detectar el láser sobre el patrón. Éstos son: brillo, contraste, saturación, exposición y eliminación del fondo. La opción eliminar fondo facilita la detección de los láser a costa de consumir el doble de tiempo Ajuste 27

32 Segmentación En esta sección se ajusta la apertura y el umbral para la detección del láser durante la calibración. Threshold: fija un umbral de detección. Actúa también para eliminar ruido de fondo. Windows: establece una ventana de detección alrededor del punto de máxima intensidad. Blur: aplica un filtro de difuminado a la imagen. 28 Chapter 2. Bancos de trabajo

33 2.4 Calibración En este banco de trabajo se realizan todos los procesos de calibración del escáner Ajustes del patrón En esta sección se configuran las características del patrón de calibración. Éstas son: El número de filas y columnas de vértices en el patrón. Por defecto son 6 y 11. El ancho del cuadrado en milímetros. Por defecto son 13 mm. La distancia al origen del patrón. Es la distancia de la base a la esquina inferior izquierda del patrón. No tiene valor por defecto ya que depende de cómo se haya colocado la pegatina. Es recomendable medirla con un calibre con precisión de 0.1 mm Calibración 29

34 2.4.2 Auto-comprobación En esta sección se ejecuta el proceso de auto comprobación en el que se detecta si el patrón, el motor y los láseres están configurados correctamente. El patrón se debe colocar como se indica en la figura. Si la auto comprobación finaliza con éxito, el patrón se colocará perpendicular a la cámara. 30 Chapter 2. Bancos de trabajo

35 2.4.3 Calibración de los láseres En esta sección se determinan los planos que forman cada uno de los láseres con respecto al centro óptico de la cámara. Cada plano se define mediante la normal del plano y la distancia mínima al origen de coordenadas. Para comenzar la calibración hay que colocar el patrón perpendicular a la cámara, tal y como se muestra en la figura. En cualquier momento se puede cancelar la calibración y el patrón se colocará en su posición inicial Calibración 31

36 Finalmente se muestra el resultado de forma numérica y representado en 3D. Adjunto a cada plano se representa la dispersión de los puntos capturados durante la calibración. Éste valor debe ser menor que 0.1 mm. Se puede Aceptar o Rechazar el resultado de la calibración. 32 Chapter 2. Bancos de trabajo

37 2.4.4 Calibración de la plataforma En esta sección se determina la matriz de transformación homogénea del centro de rotación de la plataforma giratoria con respecto al centro óptico de la cámara. Esto consiste en una matriz de rotación y un vector de traslación en unidades de milímetros. Para comenzar la calibración hay que colocar el patrón perpendicular a la cámara, tal y como se muestra en la figura. En cualquier momento se puede cancelar la calibración y el patrón se colocará en su posición inicial Calibración 33

38 Finalmente se muestra el resultado de forma numérica y representado en 3D. Adjunto a cada plano se representa la dispersión de los puntos capturados durante la calibración. Se puede Aceptar o Rechazar el resultado de la calibración. 34 Chapter 2. Bancos de trabajo

39 Una vez finalizado este proceso, el escáner ya estará calibrado Nota: calibración de la cámara (avanzado) Esta sección es avanzada. Se recomienda utilizar los valores por defecto. Al modificar los valores en esta calibración es preciso realizar las posteriores calibraciones. Para ejecutar esta calibración se captura el patrón en distintas posiciones con la tecla espacio. Al completar todas las capturas se procede a la calibración de forma automática. En cualquier momento se pueden resetear las capturas tomadas anteriormente Calibración 35

40 2.5 Escaneado En este banco de trabajo se realiza el proceso de escaneado. Este proceso consiste en la digitalización de un objeto físico en una nube de puntos en tres dimensiones. El banco de trabajo tiene tres componentes: Panel de parámetros Ventana de video Escena 3D Mediante el menu View se pueden mostrar y ocultar estos paneles Panel de parámetros Parámetros del escaneo Captura de textura: indica si capturar o no la textura o color del objeto real. Si no se captura la textura el proceso es, naturalmente, más rápido. El color asignado a la nube de puntos, en este caso, viene definido por la última sección de este panel. Uso de los láseres: se puede seleccionar el uso de uno o dos láseres para el escaneado. 36 Chapter 2. Bancos de trabajo

41 Parámetros de la plataforma Paso: es el ángulo que avanza el motor en cada iteración de escaneado. Cuanto menor sea, mayor será la resolución radial, así como el tiempo de escaneao. El valor por defecto es 0.45º, que se corresponde con 800 pasos por vuelta. Velocidad: es la velocidad con la que avanza el motor en grados por segunto. Aceleración: es la aceleración del motor en grados por segundo al cuadrado Escaneado 37

42 ROI de la nube de puntos En esta sección se define la ROI, o zona de interés de la nube de puntos. Esta zona está constituida por un volumen cilíndrico y paramétrico. Al seleccionar el uso de la ROI, se aplican dos filtros durante el escaneado: Filtro en el video: se aplica una máscara con la proyección del volumen de la ROI en la imagen. De este modo sólo se captura lo que está dentro de este área. Filtro de la nube de puntos: también se aplica el filtro a la nube de puntos para almacenar únicamente los puntos que estén en el interior del volumen. 38 Chapter 2. Bancos de trabajo

43 Color de la nube de puntos En esta sección se selecciona el color de la nube de puntos para el caso en el que no se captura textura del objeto Escaneado 39

44 NOTA: este panel se oculta durante el proceso de escaneado Ventana de video En esta ventana se distingen dos estados. Mientras no se está escaneando se muestra el video de la cámara con los ajustes de captura de textura. Durante el escaneo se pueden seleccionar varias vistas que corresponden con distintas fases del procesamiento de imagen: Textura Láser Gris Línea 40 Chapter 2. Bancos de trabajo

45 2.5. Escaneado 41

46 42 Chapter 2. Bancos de trabajo

47 2.5.3 Escena 3D Consiste en una escena tridimensional donde se visualiza la nube de puntos escaneada o modelo. También permite visualizar mallas en STL. Se puede navegar en el visualizador 3D mediante los siguientes accesos rápidos: Acción Acceso rápido 1 Acceso rápido 2 Vistas predeterminadas Inicio / AvPag / RePag / Fin Rotación Clic izquierdo Shift + Arriba/Abajo Rotación horizontal Arriba/Abajo Rotación vertical Izquierda/Derecha Desplazamiento vertical Ctrl + Rueda ratón Ctrl + Arriba/Abajo Resetear desplazamiento vertical Doble clic izquierdo Traslación Shift + Clic Izquierdo Zoom Rueda ratón Shift + Arriba/Abajo Eliminar objeto Clic derecho + Eliminar objeto Supr Durante el proceso de escaneado se muestra en la parte inferior una barra de progreso: 2.5. Escaneado 43

48 Para cargar, guardar o resetear el modelo, se accede desde el menú File. 44 Chapter 2. Bancos de trabajo