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发表于 2015-5-28 21:52:45
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将摄像头变为3D扫描仪，全靠一款叫做DAVIDLaserscanner的小软件。它能通过特定的方法，让摄像头从多角度扫描目标物体的轮廓，然后将这些多角度的图像组合成为目标物体的3D模型。很神奇吧?
请注意，本文介绍的方法纯属好玩，扫描效果与专业的3D扫描仪相比还存在很大差距。
准备工作 DAVIDLaserscanner是一款绿色软件，下载后解压即可使用。除此之外，还需要一些硬件设备和辅助装置。
具体包括：
1、摄像头。摄像头成像质量直接影响到最终扫描的结果，因此尽量选择镜头质量／感光度较高、大分辨率下捕捉帧较大的摄像头。当然，并不需要购买专业摄像头，市场上质量较好的家用摄像头即可。例如我选择的蓝色妖姬T602摄像头，成像效果不错，在640×480分辨率下可以达到30rps捕捉，完全可以满足需要。
2、可发出线形红光(或绿光)的激光发射器。要求发射器射出米的红光(或绿光)能在平面上照射出一根亮度较岛的红色(绿色)细线，用以对物体进行扫描。要求亮度越高，光线越细越好。专用的激光发射器十分昂贵，不可能采用。最后我想到了汽车装饰川的光线发射器，它个头不大，亮发却很高，发出的光能够在地面上找射出3mm左右细的一条直线。这种光线发射器在车体改装／装饰店或网上都能买到。它用12V直流电供电，可以利用电脑电源上4针D形头里的黄线( 12V)和黑线(地)来供电。 3、90度夹角背景。相当于一个墙角，将目标物体放在墙角前，以90度角的两面墙为背景。不过为了准确扫描，需要背景上有校准图案。而这些图案可以从DAVID Laserscanner软件的安装目录里找到，文件是PDF格式的，可以用A4或A3幅面白纸打印出来贴在墙角上。不过实际使用中，我使用的办法是将校准图案贴在一个可以张开成90度角的活页夹上。现在，就可以进入实战阶段了。 实战“3D扫描仪” 出于扫描对光线环境的要求，扫描工作最好在晚上的室内进行。按照以下步骤操作： Step1安装背景 将软件附带的校准图案打印出来。这里以A3幅面为例，按照图案上虚线标记折叠，然后贴在一张开成90度角的活页夹内，图案的虚线为90度角分界线。将活页夹立于平坦的地面上。需要注意的是，为了避免高亮度光线照射地面造成反光(如家庭地板常采用的磁砖和木地板等都会有强烈反光)，影响最终扫描效果，所以地面最好铺上一层表面不反光的纸或垫子。我这里用了牛皮纸。 Step2安置摄像头 在光线较明亮的环境下(室内开灯)，将摄像头正置于90度角背景前。打开摄像头的拍摄软件观察，视野内要将校准图案全部包容在内。如果摄像头较矮，需上仰才能拍摄到全部图案，则要垫高摄像头，使之与图案中心平行，防止产生梯形失真。 Step3摄像头校准 打开DAVIDLaserscanner软件，首先会提示扫描需要的设备，如合适的摄像头、激光发射器、背景和用于打印校准图案的打印机等。因为工具都准备好了，所以我直接点击窗口下方的“NEXT”进入下一步。 接下来是摄像头校准窗口，这一步让软件精确标记校准图案上的25个校准点。先从窗口下拉框内选择正确的摄像头(笔者的摄像头这里是“FAMETECHUSB2.0 Webcam”)，这时会弹出摄像头拍摄窗口，方便对拍摄状态进行监视。主窗口下将显示当前摄像模式，如“320x240，30fps，24bit”。拍摄分辨率大小将影响最终输出结果大小，如果想得到更大的输出结果，可以点击下方的“Change Format”将图像分辨率改大；但注意条件是较大分辨率下你的摄像头可以完全流畅地进行拍摄。不过以我的经验，普通的家用摄像头在640×480、较暗环境下都很难流畅拍摄，所以我还是建议设置为320×240。 接着点击旁边的“Camera Settings”，调节摄像头焦距和亮度、对比度、曝光度等参数，使摄像头可清晰地“看”到图案上的25个校准点，并尽量达到黑白分明的效果。最后点“Calibration mode／assistance”栏内的“Calibrate Camera!”按钮，进行摄像头自动校准。如果一切顺利，拍摄监控窗口内的25个校准点中心都会标记上红色的“×”，并弹出“Calibration Successful!”的提示。如不成功，调节拍摄参数和室内光线(如用台灯等辅助照明)，重新进行校准。注意，一旦校准成功，千万不要再移动摄像头。点击窗口下方的“NEXT”进入下一步。 Step4安置目标物体和激光发射器 现在软件进入扫描窗口等待扫描，之前先将要扫描的物体放于背景前，这里以一个花瓶为例。需要注意，目标物体表面最好是能较好照射出光线的金属、陶瓷、石膏等，深色表面的物体会吸收光线，效果不好；玻璃等透明物扫描效果也不好。物体摆放位置要靠近背景，正对摄像头；从拍摄监控窗口内查看，物体整体要全部位于校准图案中。如果物体位置较低，可以将它垫起来；如果物体较大，就需要换更大幅面的背景。 让手持激光发射器位于摄像头正上方一定距离，使红色光线在背景上处于水平，等待进行扫描。实际操作中，手持激光发射器非常累，也不容易保持平稳，因此我将发射器固定在一个三脚架的云台上，手持云台握柄进行操作。 step5调节摄像头，进行扫描 安置完目标物以后，将室内的灯关闭，尽量保持环境黑暗。显示器的光亮也会影响到扫描，可以将显示器背对扫描工作面。另外，如果你的摄像头有夜视功能(发光LED辅助照明)，要先将LED关闭或遮挡起来。点击扫描窗口内的“CameraSettings”，对摄像头参数调整一下。在摄像头属性窗口内，需要把所有的自动调整项目关闭，包括自动白平衡和自动曝光等。然后手动调节摄像头参数，使红色光线在拍摄画面中成为黑暗中十分清楚的一条亮线。 点击扫描窗口内的“Start”，开始记录扫描过程。然后打开发射器，让红色光线慢慢地由下到上从目标物体上掠过。注意，红线要足够长，扫描目标物时，没有被目标物遮挡到的背景两侧都要同时被红线扫到才行。扫描过程需要持续10秒或更长时间，速度越慢扫描效果越好。 扫描的同时，你可以看到一条条的灰色线，它们记录的就是红色激光线走过的路径。灰线的深浅不一则是描绘了扫描点与摄像头距离的远近，因此得到3D画面中的凹凸。你也可以来回扫描物体，直到拍摄窗口内收集到足够的灰线连成片、描绘出物体的全部轮廓为止。如果你对结果不满意，还可以点击“Erase”按钮全部重来。 Step6合成并保存3D图像 现在结果已大体出来了，不过有些细节还是有缺失。没有关系，扫描窗口下方“Interpolation&Filtering”栏内提供了三种滤镜，可以对扫描结果进行平滑和插补。“Smooth Average”虽然可以平滑表面，但会极大损失细节，不建议使用；“Smooth Median”和“Interpolation”会对结果缺失部分进行插补，不太损失细节，可以适当使用。看看修整过的画面是不是好多了? 现在可以看看3D扫描的最终效果了。点击右下方“Show 3D'’对物体的3D效果进行观赏。可以看到，3D图像描绘了花瓶被扫描面的轮廓，包括花瓶表面螺旋状的凹凸都还原了出来。最后，你可以保存这个3D模型成为3D素材。点击“Save Mesh”，将此3D模型导出为.OBJ格式文件，它能为多数的3D软件调用，或通过转换工具转换为3D软件对应的格式。 写在最后 现在是不是觉得手中的小小摄像头突然变得更有用了?其实除了专业的3D应用，我们还可以将许多东西扫描为3D模型，非常好玩。比如喜爱的玩具或朋友的面孔……不过要注意的是，强光会对人眼造成伤害，扫描脸部时一定要闭上眼睛哦! |
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发表于 2015-6-27 14:50:17
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