Okiem FocusSphere, czyli o studenckiej platformie fotogrametrycznej

Wraz z rozwojem metodyki wykonywania modeli 3D pojawiły się nieznane wcześniej trudności. Algorytmy służące do wyrównywania sieci zdjęć oraz generowania gęstych chmur punktów wymagają większego – w porównaniu z tradycyjną fotogrametrią – pokrycia obiektu obrazami. Problem pozyskania dużej liczby fotografii stał się bodźcem do stworzenia maszyny, która mogłaby przyspieszyć ten proces. O urządzeniu tym piszemy w marcowym wydaniu miesięcznika GEODETA.

Projekt „FocusSphere ZPF” (FS) realizowany był w ramach konkursu dla studentów „Grant Rektorski 2016” przez 9 członków Koła Naukowego Geodetów „Dahlta” działającego przy Wydziale Geodezji Górniczej i Inżynierii Środowiska Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie. Cel przedsięwzięcia to zaprojektowanie i wykonanie zautomatyzowanej platformy fotogrametrycznej – kompleksowego urządzenia wykonującego zdjęcia obiektów, których rozmiary nie przekraczają 80 cm średnicy. Maszyna o wysokości około 160 cm (w zależności od konfiguracji) składa się ze stołu o średnicy 84 cm obracającego się wokół własnej osi i wysięgnika, po którym porusza się wózek z zamocowaną kamerą fotogrametryczną. Dzięki specjalistycznemu oprogramowaniu – nadzorującemu działanie silników sterujących stolikiem i wózkiem oraz wyzwalanie migawki – możliwa jest pełna automatyzacja pracy. Urządzenie pozyskuje do trzydziestu zdjęć na minutę.

Efekty przedsięwzięcia zostały zaprezentowane na początku grudnia 2016 r. Prowadzący projekt Witold Niewiem i członek zespołu Łukasz Wandzich wzięli udział w dwóch konkursach referatów zorganizowanych na AGH w ramach: 57. Konferencji Studenckich Kół Naukowych Pionu Górniczego – Sekcja Geodezja (8 grudnia) oraz II edycji Forum Uni-Biznes Geodezja Przedsiębiorcy Studenci (9 grudnia) [GEODETA 1/2017 – red.]. Prezentacja – „FocusSphere ZPF” – zdobyła uznanie członków jury i zwyciężyła w obu przypadkach.

• Szybciej i prościej
Pozyskanie danych dla fotogrametrii bliskiego zasięgu nie jest prostym zadaniem, jeżeli mają one zachować określone standardy. Jednym z podstawowych wymagań jest równomierne i gęste pokrycie poprzeczne i podłużne. Ręczne wykonanie kilkudziesięciu lub nawet kilkuset fotografii jest zajęciem żmudnym i czasochłonnym. FocusSphere przyspiesza cały proces, ograniczając pracę operatora do wybrania wcześniej napisanego skryptu w języku G-code (służącego zazwyczaj do sterowania obrabiarkami numerycznymi) i uruchomienia procesu.

Niewątpliwą zaletą zaprojektowanego urządzenia jest to, że fizyczna rama konstrukcyjna FS pozwala na utrzymanie stałych (w pewnym zakresie dokładności) elementów orientacji zewnętrznej (EOZ), czyli współrzędnych liniowych i kątowych kamery w momencie wykonywania każdego zdjęcia. Wiedząc, że odległość kamery od przedmiotu jest cały czas taka sama, a także znając kąt, o jaki obraca się przedmiot wokół osi pionowej, oraz położenie wózka na wysięgniku, możemy obliczyć EOZ fotografii pozyskanych przy użyciu danego skryptu G-code (realizującego np. 50, 80 lub 120 zdjęć). W procesie wyrównywania sieci obrazów EOZ są bardzo pomocne. Przybliżenia wartości elementów orientacji pozwalają na wykrycie błędów oraz przyspieszenie procesu obliczeniowego.

Dodatkowy atut FocusSphere to możliwość trwałego umieszczenia na urządzeniu fotopunktów i przymiarów skalujących. Pozwalają one na zdefiniowanie lokalnego układu współrzędnych lub wyskalowanie modelu. Ponadto wykorzystanie sygnałów kodowanych automatyzuje...

Pełna treść artykułu w marcowym wydaniu miesięcznika GEODETA. W numerze publikujemy również wywiad z Witoldem Niewiem – koordynatorem projektu „FocusSphere ZPF”:

GEODETA: Chyba żaden z dotychczasowych projektów Koła Naukowego Geodetów „Dahlta” nie zakładał budowy od podstaw nowego urządzenia. Nie baliście się, że porywacie się z motyką na słońce?

WITOLD NIEWIEM: Faktycznie był to nasz pierwszy projekt konstrukcyjny. Oczywiście pojawiały się wątpliwości, ponieważ studia geodezyjne nie przygotowują do realizacji podobnych przedsięwzięć. Podejmowane do tej pory projekty miały bardzo różnorodną tematykę, ale ten niewątpliwie był wyjątkowy. Pomimo obaw postanowiliśmy ruszyć z FocusSphere w myśl zasady, że potrzeba jest matką wynalazku.

Po co studentom taka maszyna?

W Dahlcie od zawsze staraliśmy się rozwiązywać realne problemy i zajmować się istotnymi rzeczami. Pomysł kiełkował w naszym kole od dość dawna, ponieważ w ramach różnych projektów wykonujemy mnóstwo modeli trójwymiarowych. Od kilku lat coraz więcej z nich tworzymy z wykorzystaniem technik fotogrametrycznych. Dlatego też FocusSphere jest odpowiedzią na naszą potrzebę pozyskiwania danych geometrycznych obiektów małogabarytowych.

Jak poradziliście sobie z częścią mechaniczną i programistyczną projektu?

Jej realizacja nie byłaby możliwa bez pomocy wielu życzliwych nam osób. W zespole odpowiedzialnym za FocusSphere nie ma elektroników czy mechaników, dlatego tak ważne było wsparcie naszych rodzin, przyjaciół czy po prostu ludzi dobrej woli, którzy, tak samo jak my, dostrzegli potencjał w tym pomyśle.

Czy na rynku dostępne są podobne do FS rozwiązania?

Jest kilka urządzeń o zbliżonym profilu działania. Różnica między nimi a FocusSphere wyraża się przede wszystkim w cenie. Tego typu urządzenia nie należą do najtańszych, w przeciwieństwie do naszej maszyny. FocusSphere jest oczywiście prototypem, który wymaga jeszcze wielu testów i udoskonaleń, jednak już teraz możemy korzystać z niego w kole naukowym...

Redakcja