Tutorial zscan e zmicro by Enrico Giacalone

Rapporto ZScan e ZScanMicro Menci Software Enrico Giacalone Giulia Gambino Maria Elisa Torre Vito Bono

Cosa sono ZScan e ZScan Micro ZScan e ZScan Micro fanno parte della stessa famiglia di strumenti basati su principi fotogrammetrici. Ciò significa che, al contrario dei laser scanner, questi strumenti sono in grado di rilevare e digitalizzare i dati riguardanti la posizione nello spazio di ogni singolo punto dell’ oggetto in esame, attraverso l’elaborazione dei dati RGB dello stesso. Tali strumenti riescono dunque ad importare anche le informazioni riguardanti la texture degli oggetti. La qualità della scansione può variare a seconda dei materiali e dei colori delle superfici scansite, la loro illuminazione e le impostazioni della fotocamera utilizzata. Non è possibile eseguire la scansione di oggetti trasparenti o altamente riflettenti, inoltre non si garantisce il successo della lettura metrica nel caso in cui l’ oggetto in esame sia caratterizzato da un monocromatismo percepito come “assoluto”, in quanto i dati RGB non avrebbero variabili significative per una dislocazione spaziale esatta. ZScan è uno strumento fotogrammetrico di scansione tridimensionale costituito da una camera digitale calibrata, focali calibrate, una “slide bar” e due software (ZScan e Z-Map). Lo strumento, attraverso alcuni passaggi gestiti dall’operatore, permette di generare, da triplette fotografiche, modelli 3D in nuvola di punti RGB con texture ad alta definizione.

Barra di precisione

ZScan Micro è uno strumento basato sulla tecnologia ZScan, composto da una slitta di precisione micrometrica motorizzata e una camera digitale con focali calibrate e l’ omonimo software. Nota: non è consigliabile utilizzare questo strumento per rilievi a tutto tondo.

Le immagini acquisite per il rilievo fotogrammetrico vengono elaborate mediante software dedicati: ZScan Micro – Gestisce l’acquisizione delle immagini coordinando la slitta motorizzata e la camera. ZScan – Elabora le immagini acquisite generando da queste la nuvola di punti che costituisce il modello tridimensionale.

Fotocamera

Dare inizio ad un nuovo progetto

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Fig.1 Finestra di avvio ZScan Micro

Avviare il software All’ avvio del software ZScan Micro apparirà la finestra di benvenuto (Fig.1) dalla quale si può scegliere se creare un nuovo progetto o se aprirne uno esistente. Per avviare un nuovo progetto è necessario cliccare sul pulsante “New Project” (1) e inserire il nome che si vuole assegnare al lavoro. Il software creerà automaticamente la cartella corrispondente fra i documenti ZScan Micro. La riapertura di un progetto invece si effettua tramite il pulsante “Open File” (2), una volta cliccato, si aprirà una finestra in cui si dovrà selezionare il progetto d‘ interesse, il quale si troverà attraverso il seguente percorso: Risorse del Computer / Disco locale C: / Menci Software / ZScanMicro / Nome Progetto.

Il pulsante che riporta su di se l’ immagine di tre puntini (3) servirà solo nel caso in cui, per errore sia stato precedentemente selezionato un file di lavoro diverso da quello che si voleva effettivamente aprire. Cliccando su “START” (4) si avvierà la schermata in Fig.2.

Da ricordare sempre Per utilizzare i software ZScan e ZScan Micro è necessario collegare al computer le chiavi hardware per l’esportazione dei dati acquisiti, la barra di precisione e la camera tramite gli appositi cavetti USB.

Dall’ interfaccia all’ esportazione

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Fig.2 Interfaccia iniziale ZScan Micro

Interfaccia Le parti di cui si compone questa interfaccia: - Rappresentazione della barra con indicato il posizionamento della fotocamera (1); - Proprietà della barra di precisione (2); - Proprietà della fotocamera (3); - Lista di controllo delle “strisciate” (4); - Finestra delle operazioni eseguite (5); - Pulsanti di controllo del video proiettore (6); - Finestra delle note (7).

La barra di precisione

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2 3 Fig.3 System Device

7 Fig.4 Slider Connection

Connessione della barra di precisione Per collegare la barra di precisione è necessario sapere quale porta USB connettere. Per trovare la porta di connessione: - Cliccare su “Watch Device” (1), si aprirà la finestra in Fig.3 ; - selezionare la voce “Ports (COM & LPT)”(2), apparirà la voce Profilic-USB-to-SerialBridge (COM n°) ; - cliccare su “ok” (3) ; Ora si potrà procedere con la connessione della barra di precisione con il computer; - Cliccare su “OFF - Press to Connect” (4), apparirà la finestra in Fig. 4 ; - selezionare il numero corrispondente alla porta occupata attraverso il menù a tendina posto accanto la voce “COM Port” (5) ; - cliccare su “CONNECT” sotto la voce Change Satus (6) e quindi su “OK” (7).

Fig.5 In alto il pulsante indica la mancanza di connessione, in basso la barra risulta essere collegata al computer.

Fig.6 Stato della barra di precisione

Fig.7 Posizionamento della fotocamera

Fig.8 Icona della fotocamera sulla barra

Alimentazione della barra di precisione La barra di precisione può essere alimentata da una batteria interna o collegata alla rete elettrica. Cliccando su “Test” (Fig. 6) si potrà verificare lo stato di carica della barra di precisione. Posizionare la fotocamera La posizione della fotocamera sulla barra di precisione viene sempre indicata dal software sia graficamente (1) che numericamente (2). Il posizionamento può essere gestito in due modi diversi, si può infatti indicare nell’ apposito spazio compilabile (3) oppure si può gestire interagendo graficamente con l’interfaccia selezionando il tasto “Interactive motion” che darà la possibilità di spostare l’ icona della fotocamera (4) sulla barra di precisione.

La fotocamera

Fig.9 Stato della fotocamera “OFF”

4 3 Fig.10 Stato della fotocamera “ON”

Fig.11 Proprietà della fotocamera

Connessione della fotocamera Cliccando sul tasto “OFF” (1) in Fig. 9 verrà chiesto di confermare l’ identità della fotocamera collegata. Quando questa risulterà essere collegata, l’ interfaccia apparirà come in Fig.10, il software indicherà automaticamente il modello della fotocamera (2), la memoria disponibile (3) e la carica (4). (Nota: la memoria indicata è quella dell‘ hard disk in quanto le immagini acquisite saranno direttamente trasferite sulla memoria del computer) Impostazioni della fotocamera

Nella finestra che apparirà dopo la selezione del pulsante Fig.12 saranno presenti diversi parametri configurabili; lo stato corrente di ciascun parametro sarà indicato nelle caselle alla destra di ogni selezione possibile e non saranno selezionabili. Per applicare i nuovi valori sarà necessario cliccare su “Update Camera”. Automaticamente si verdrà il cambiamento del valore delle caselle non selezionabili (nel caso in cui non si dovesse verificare il cambiamento bisognerà riprovare a cliccare su “Update Camera”). (Nota: il cambiamento del parametro “Image Quality” non garantirà il successo del rilievo).

Per accedere alle impostazioni della fotocamera basterà cliccare sul tasto “Camera Setting” (5) in Fig.11.

Il tasto “Preview” (6) in Fig. 11 permetterà di vedere il risultato delle impostazioni, mentre il tasto “Evaluate Distance” (7) servirà per cono-

Fig.11.2 “Preview”

Fig.11.1 “Camera Setting”

scere la distanza stra la fotocamera e l’ oggetto e lo step consigliato per la rilevazione dei punti, entrambi dati essenziali, in quanto conoscere la distanza permette di gestire l’acquisizione in modo da essere sicuri di aver posizionato il tutto fra i limiti di lontanaza concessi (da 250 a 330 mm), mentre lo step consigliato permette un’ ottimale acquisizione dei punti necessari al successo della scansione. iIn questa pagina è possibile visionare le interfacce attivate dai diversi comandi appena descritti.

Fig.11.3 “Evaluate Distance”

Gestione delle strisciate

x'''

C'''

x'' C' C''

Le “strisciate”

Creazione della strisciata

Ogni progetto sarà composto da un certo numero di strisciate. Con questo termine il software indica quell’ insieme di fotografie, eseguite in serie, sull’ oggetto (o porzione di oggetto) in esame. Per ricostruire un modello tridimensionale sono necessarie tre fotografie eseguite a passo regolare. (Es.: su una strisciata composta da 5 fotografie si potranno ricostruire tre modelli, tramite le triplette di foto 1-2-3 2-3-4 3-4-5) Per ogni strisciata, il software creerà automaticamente delle sottocartelle all‘ interno di quella creata dall’ utente all‘ inizio del progetto. Tali sottocartelle prenderanno il nome impostato nel momento della creazione della strisciata, preceduto da un numero che seguirà un ordine crescente che verrà automaticamente impostato dal software.

Per creare una strisciata: - cliccare con il tasto destro del mouse sulla sezione dell’ interfaccia dedicata al controllo delle strisciate (1); - selezionare “add strip/s” (2); - inserire il nome della strisciata nella finestra apparsa (3), apparirà poi il dialogo per definire i parametri della strisciata; - inserire il valore dell’ offset iniziale, questo corrisponderà alla posizione assoluta dalla quale la strisciata verrà acquisita. Se la fotocamera è già stata spostata nella posizione ideale basterà cliccare su “Current Position” (4) per inserire il valore corrispondente (Nota: il valore dell’ offset variano da 0 a 260 mm); - inserire l‘ opzione “Central Shot” (5), la quale impone che lo Start Offset sia assegnato allo scatto centrale della tripletta;

Fig.12 Aggiunzione delle strisciata

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- inserire il valore dello step (6) (è preferibile inserire il parametro consigliato ovvero quello trovato precedentemente attraverso la selezione del tasto “Evaluation Distance”). Lo step è la distanza che la fotocamera percorrerà tra una foto e l’altra; - cliccare “OK” (7).

Fig.13 Parametri della strisciata

Fig.14 Assegnazione del nome

Fig.16 Assegnazione del nome

Fig.15 Assegnazione del nome

Fig.17 Assegnazione del nome

Creazione della strisciata

Esportare le triplette per ZScan

La strisciata appena creata apparirà di colore bianco. Per acquisire le triplette è necessario cliccare con il tasto destro sulla strisciata e selezionare “Acquire Strip(s)” come in Fig.14. La strisciata acquisita sarà colorata di verde come in Fig. 15. è possibile visionare le triplette acquisite facendo un doppio click sulla strisciata interessata, apparirà una riga gialla (o più righe gialle, ovvero una ogni tripletta), come in Fig. 16; selezionandola con il tasto destro apparirà l’ opzione “Show Triple” (Fig.17) che aprirà la finestra in Fig.18.

Per estrarre la nuvola di punti dalle immagini acquisite è necessario esportare le triplette. Cliccando con il tasto destro sulle strisciate acquisite e selezionando “Export to internal project” (Fig. 20), il file d’ esportazione sarà nel formato ZScan ( .zsc ). Le righe corrispondenti alle triplette esportate assumeranno il colore rosa (vedi Fig. 21)

Fig.19 Assegnazione del nome

Fig.20 Assegnazione del nome

Fig.21 Assegnazione del nome

Creare nuvola di punti con ZScan

Fig. 22 Interfaccia iniziale ZScan

Importare i file in ZScan Per importare i file in ZScan è necessario aprire il software, questo, come ZScanM chiederà se si vuole realizzare un nuovo progetto o aprirne uno già esistente. In questo caso andremo a cliccare su “New Project” e nomineremo il nuovo file ZScan esattamente come quello usato per ZScanM (per una questione di comodità). L’interfaccia iniziale di ZScan è molto più semplice di quella del software utilizzato precedentemente e sembrerà trattarsi di una versione ingrandita dell’area dedicata alle strisciate di ZScanMicro. Per importare le triplette create basterà cliccare su “Tools” (1) e poi su “Add Position” (2) come indicato in Fig.23, si aprirà di conseguenza la finestra di dialogo in Fig. 24 per la selezione e l’ importazione delle diverse triplette in ZScan.

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Fig. 23 Selezione “Add Position”

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5 Fig. 24 Selezionare le triplette

La finestra Scan Position è composta da diverse sezioni funzionali, la prima, situata all’ estrema sinistra del dialogo permetterà di selezionare le triplette interessate dalla cartella ZScan Micro, per farlo si dovrà seguire il percorso (1): Risorse del computer / Disco locale C: / Programmi (x86) / Menci Software / ZScanMicro / Nome cartella di progetto / Nome strisciata / IMG_ / images / undistorted. Cliccando su quest’ ultima voce vedrete apparire nella sezione centrale del dialogo (2) le triplette scelte. Per importale è necessario selezionarle e cliccare su “Add All” (3), nella sezione all’ estrema destra della finestra di dialogo appariranno le tre foto aggiunte (4), cliccare infine su “OK” (5) per immetterle in ZScan. È necessario ripetere il processo ogni volta che si vogliono aggiungere nuove triplette.

Ricavare la nuvola di punti L’aspetto delle stringhe delle triplette appena aggiunte sarà quello mosrato in Fig. 25. Ogni stringa sarà divisa in 7 quadranti, ognuno dei quali corrisponderà ad una funzione diversa e ne indicherà se caratteristiche salienti. Caratteristiche e funzioni dei quadranti - Quadrante “Image” (1) sarà quello dedicato alla visione della tripletta unificata; - “Name” (2) indica il nome delle tre fotografie associate; - ”Baseline” (3) indica la distanza dal primo all‘ ultimo scatto, da questo quadrante comincerà il processo verso la nuvola di punti, servirà infatti cliccare su di esso con il tasto destro del mouse e cliccare su “Modify”; si aprirà quindi la finestra in Fig. 26 dove si dovrà inserire, nell’ apposito spazio compilabile, la distanza entro la quale il software potrà riscontrare la presenza di dati (la baseline corrisponde allo step

Fig. 25 Aspetto delle stringhe delle triplette appena inserite

Fig. 26 Finestra “Baseline”

dato in ZScan Micro arrotondato per eccesso). Cliccare su “OK” per confermare le informazioni immesse; - “Rectify” (4) serve a rettificare l’ informazione di default sostituendola con la nuova, per fare ciò basterà cliccare con il tasto destro del mouse sul quadrante in esame e selezionare “Rectify” (saranno presenti anche altre voci che permetteranno di rettificare più strisce selezionate o tutte le strisce caricate in ZScan), Il colore cambierà come in Fig. 27; - “Ground Control Point” (5) indica se è stato utilizzato questo parametro dalla macchina (è automatico e non selezionabile) Prima di procedere con i passaggi sulla stringa sarà necessario avviare il processo Z-Block (è un processo che mira a raggruppare i modelli 3d delle foto nelle triplette) come in Fig. 28, attendere poi la fine del caricamento e continuare sulla stringa:

Fig. 27 In alto il quadrante della voce “rectify” prima della rettiﬁcazione, in basso lo stesso quadrante dopo la rettiﬁca

Fig. 28 “Selezione Run Z- Block Process”

Fig. 29 Finestra di avviso del successo del processo Z-Block

- “Area Of Interest” (6), cliccare con il tasto destro del mouse sul quadrante corrispondente e quindi su “Modify Area Of Interest” (come in Fig. 30), si aprirà dunque una finestra di dialogo come in Fig. 31; quì sarà possibile impostare lo Step - lo step di ricostruzione è il valore di densità della nuvola di punti che si andrà a generare (step 5 = 1pt ogni 5px) - e automaticamente il software inserirà il valore GSD Ground Sample Distance, è la distanza tra i centri dei pixel misurati sull’ oggetto, una limitazione alla risoluzione dell’ immagine - è importante da annotare in quanto servirà in seguito per impostare il valore Alpha. Cliccando con il tasto destro del mouse sulla stringa arancione, selezionare “Draw Conture”, come indicano nella Fig.34, in questo modo è possibile scontornare l’ immagine nella stessa finestra di dialogo (per chiudere il tracciato è necessario cliccare con il tasto destro del

Fig. 30 “Modify Area”

Fig. 31

Fig. 32 Primo passaggio per la modifica del parametro dello step

Finestra di dialogo di â&#x20AC;&#x153;Area Of Interestâ&#x20AC;?

Fig. 33 Ultimo passaggio per la modifica del parametro dello step

Fig. 34 Selezione “Draw Conture” per iniziare a scontornare

Fig. 35 “Enter” per chiusura selezione mouse sull’ immagine e selezionare “Enter” come in Fig.35). Cliccare infine su “OK”. - “Point Cloud” (8), da questo quadrante sarà possibile generare la nuvola di punti, servirà cliccare con il tasto destro del mouse e selezionare Generate Selected (c’è anche la versione “Generate All” da selezionare nel caso in cui si vogliano generare le nuvole di punti di tutte le strisce presenti nella lista), si aprirà quindi una finestra (Fig.36) in cui si dovrà spuntare l’ opzione che riguarda la triangolazione delle nuvole di punti con valore px equivalente a quello inserito nello step, sarà necessario selezionare l’ uso della variabile Alpha (il suo valore sarà GSDx10). Cliccare su “OK” per avviare il processo di generazione della nuvola di punti. Uno sguardo ai risultati Per visionare i risultati del processo di estrapo-

lazione delle nuvole di punti (e per essere sicuri che quanto fatto finora sia soddisfacente), cliccare con il tasto destro del mouse nel quadrante “Point Cloud” e selezionare “View with ScanView” come in Fig.37, si avvierà dunque il programma ScanView avente già caricata la nuvola di punti selezionata, come in Fig. 48. Una volta stabilito il successo di tutto il processo si potrà procedere con l’ inserimento delle altre triplette in ZScan, ripetendo il processo descritto. Bisogna ricordare che per far collimare le triplette diverse servirà avviare il processo Z-Block selezionando tutte le triplette. Per guardare tutte le nuvole di punti generate basterà aprire ScanView, cliccare su File, Open Inside e selezionare le nuvole di punti da vedere (Risorse del computer / Disco Locale C: / Scansione Menci / Nome progetto).

Fig. 36 Finestra di dialogo per generare le nuvole di punti

Fig. 37 Vedere i risultati attraverso ScanView

Fig. 38 Nuvola di punti con ScanView

Fig. 39 Superficie con ScanView