Mit jeder Ecke und Kante

Der Mephisto Extreme 3D-Scanner von 3DDynamics setzt auf AVT Pike Digitalkameras, um Objekte, Menschen, Tiere oder Pflanzen mit höchster Präzision dreidimensional zu scannen.

 

3DDynamics
    
3DDynamics hat sich auf das Gebiet des dreidimensionalen Scannens spezialisiert. Das Hightech-Unternehmen mit Sitz in s’Gravenwezel in der Nähe von Antwerpen (Belgien) entwickelt Hardware- und Softwarelösungen für die Digitalisierung von jedem beliebigen Objekt. Die Anwendungsgebiete sind vielfältig – von der Digitalisierung von Museumsexponaten über die Luftfahrtindustrie bis hin zur Medizintechnik.

Die Herausforderung: Dreidimensionelle Objekte digitalisieren
 
In unserem digitalen Zeitalter wird alles von Computern gespeichert, verarbeitet und kommuniziert: Nachrichten, Bilder, Musik, Filme, technische Daten, Pläne,… Dazu werden die meisten Inhalte digital produziert. Wenn die digitale Vorlage eines Dokuments fehlt, wird es einfach gescannt. Doch wie soll ein Museum eine Altägyptische Büste digital archivieren? Oder ein Wissenschaftler natürliche Objekte wie Knochen oder Pflanzen mit Computerprogrammen analysieren? Wie kann ein Ingenieur ohne CAD-Daten ein Konkurrenzprodukt vermessen oder gar nachbauen? Die Lösung heißt 3D-Scannen, also die Digitalisierung von dreidimensionalen Vorlagen zu virtuellen Modellen.

Die Lösung: Mephisto Extreme 3D-Scanner

Mephisto heißen die 3D-Scanners von 3DDynamics. Die Kombination von hochwertigen Hardware-Komponenten mit der eigenen Software liefert hochauflösende und detailgetreue 3D-Modelle von antiken Kunstwerken, industriellen Bauteilen, Stoffen, oder biologischen Materialien. „Manche Strukturen – etwa Pelz oder schwarze Materialien –sind eine Herausforderung für ein 3D Scanningsystem“, erklärt Aivaras Grauzinis, CTO des Unternehmens. „Mit Mephisto lassen sich auch solche schwierigen Objekte digitalisieren“.
 
Mephisto Extreme besteht aus einem hochwertigen Projektor und zwei Digitalkameras, die alle von einem Systemcomputer gesteuert und miteinander synchronisiert werden. Bei dem Projektor handelt es sich um einen Infocus DLP-Projektor mit bis zu 3000 ANSI lumens und 2000:1 Kontrastverhältnis. Mit dem Projektor wird ein Raster auf die Vorlage projiziert. Je nach Objekt und gewünschter Auflösung generiert die Mephisto Software verschiedene Rasterstrukturen, vom binären Schwarz-Weiß bis hin zu komplexen Graustufen und Farbverläufen. Eine Digitalkamera von Allied Vision Technologies erfasst Bilder von dem angestrahlten Objekt und überträgt sie über ihre FireWire-Schnittstelle an den PC zur Weiterverarbeitung.

Von der Verformung des Rasters auf dem Objekt leitet die Mephisto Software dessen Volumen mit höchster Präzision ab und generiert das virtuelle Modell.
Eine zweite Kamera sorgt ggf. für die Aufnahme der Oberfläche des Objekts. Dabei handelt es sich um eine hochauflösende DSLR-Kamera aus dem Konsumentenprogramm von Canon. Mit bis zu 12 Megapixel Auflösung erfasst diese Kamera die Oberflächenfarben und -muster, die anschließend von der Software auf das 3D-Modell übertragen werden.

Der Projektor und beide Kameras werden zusammen auf einer gemeinsamen Halterung mit Standfuß montiert. Die Hardware lässt sich relativ leicht verpacken und transportieren, um auch vor Ort – zum Beispiel auf einer archäologischen Fundstätte – zu scannen. Optional steht eine Drehscheibe für 360°-Aufnahmen zur Verfügung. Der sog. Mephisto Turntable wird direkt von der Bedienungsoberfläche der Software angesteuert und mit den Kameras synchronisiert. Für größere oder schwere Objekte, die nicht auf einer Drehscheibe passen – etwa für die Digitalisierung eines kompletten Menschenkörpers – können bis zu neun Scanner mit einem Computer vernetzt werden. So werden verschiedene Stellen bzw. verschiedene Blickwinkeln parallel verarbeitet.

Hohe Auflösung und Plug-and-Play-Funktionalität: AVT Pike

Kritisch für die Präzision des Scans ist die Qualität der Bilddaten, die von der Mephisto Software analysiert werden. Die dafür erforderliche hohe Qualität wird von einer Pike F-210B Digitalkamera von Allied Vision Technologies gewährleistet. Diese hochwertige Bildverarbeitungskamera ist mit einem hochempfindlichen Kodak-Sensor mit HD-Auflösung ausgestattet. Die Bilddaten werden über das schnelle IEEE1394b-Interface der Pike an den System-PC mit bis zu 30 Frames pro Sekunde übertragen. Die Kamera ist mit einem asphärischen 17-35mm Zoomobjektiv von Nikon ausgestattet.

„Mit der AVT Pike haben wir eine hochwertige, zuverlässige Digitalkamera gefunden, die für unsere hohen Anforderungen bestens geeignet ist“, freut sich Aivaras Grauzinis. „Vor allem die hohe Bildqualität – insbesondere die hohe Lichtempfindlichkeit bei geringem Rauschen – ist entscheidend für die Qualität des Scans. Mit 30 Bildern pro Sekunde in HD-Auflösung ist auch die Bildrate mehr als ausreichend“.

Die „Plug-and-Play“ Funktionalität der FireWire-Schnittstelle spielte auch eine wichtige Rolle in der Auswahl der Kamera. „Mephisto Extreme ist ein tragbares System, das von Menschen bedient wird, die nicht unbedingt mit der professionellen Bildverarbeitungstechnik vertraut sind. Die einfache Vernetzung der Komponenten mit aus der Unterhaltungselektronik bekannten Standardverbindungen wie USB, FireWire und VGA sorgen für einen erhöhten Bedienungskomfort für den Anwender“, so Grauzinis.

Einsatz in der Praxis: Wissenschaftliche und Biomedizinische Anwendungen

Mephisto Extreme ist das Ergebnis von sieben Jahren Forschung und Entwicklung und wird bereits seit mehreren Jahren in verschiedenen Anwendungsgebieten erfolgreich eingesetzt – etwa in der Medizinwissenschaft für die Digitalisierung von biologischen Proben, die entweder getrocknet, in Wachs oder in Formaldehyd konserviert werden. Auch in der Zahnmedizin findet Mephisto Extrem Anwendung. Archäologen schätzen ebenfalls die Präzision und die Flexibilität des Mephisto Scanners. Das Mephisto-Programm umfasst weitere Scanner-Modelle für jedes Budget, die entweder mit AVT Pike oder mit AVT Guppy Digitalkameras arbeiten.

3DDynamics wird von Data Vision, Allied Vision Technologies’ Vertriebspartner in Benelux, lokal beraten und betreut.