Αναγνώριση γεωμετρικών προτύπων μέσω επαναληπτικών μετρήσεων τρισδιάστατου σαρωτή Laser

Abstract

Three-dimensional scanning is considered to be one of the basic topographical documentation options across a wide range of applications. In many cases, the use only of three-dimensional scanning derivative products satisfies the requirements of a project. In other cases, it is necessary to combine them with the traditional methods of topography, photogrammetry and geodesy in order to achieve more accurate results. The selection of the appropriate scanning system depends on the application. In this PhD dissertation, a quality control of the data measured by a Faro Focus 3D S120 scanner is performed and involves three available geometric solids-patterns (cube, pyramid, sphere). The check is carried out in four different distances from the instrument, in the order of 3.5, 7.5, 19.0 and 35.0 meters. The measurements were carried out using the Faro Focus 3D scanner in the environment of the Aristotle University of Thessaloniki and are called scanning data I. Two other data sets, coming from instruments that are oriented to the documentation of objects similar to the available ones, will lead to the evaluation of Faro Focus 3D measurements. These instruments are the NextEngine three-dimensional scanner, whose data are called scanning data II and a digital caliper, the measurements of which are called control data. The procedure followed is checking the scan data I and II with respect to the control data but at the same time comparing the scan data I with the scan data II. The methodology that has been developed aids the documentation of the available geometric patterns and through this documentation, the evaluation of the performance of the two scanning systems is achieved. The tools that compose this methodology aim to, as much as possible, increase automation while reducing the user’s influence.

Η τεχνολογία της τρισδιάστατης σάρωσης θεωρείται ως μία από τις βασικές επιλογές τοπογραφικής τεκμηρίωσης σε μεγάλο εύρος εφαρμογών. Σε πολλές περιπτώσεις η χρήση μόνο συστημάτων τρισδιάστατης σάρωσης ικανοποιεί τις προϋποθέσεις που πρέπει να πληρούνται από τα παράγωγα προϊόντα μιας εργασίας. Σε άλλες περιπτώσεις, απαιτείται ο συνδυασμός της με τις πιο παραδοσιακές μεθόδους της τοπογραφίας, της φωτογραμμετρίας και της γεωδαισίας ώστε να επιτευχθούν ακριβέστερα και πιο τεκμηριωμένα αποτελέσματα. Ανάλογα με το είδος της εφαρμογής γίνεται και η επιλογή του κατάλληλου συστήματος σάρωσης. Στην παρούσα διδακτορική διατριβή πραγματοποιείται ποιοτικός έλεγχος των δεδομένων που μετρήθηκαν από έναν σαρωτή Faro Focus 3D S120 και αφορούν τρία διαθέσιμα γεωμετρικά στερεά-πρότυπα (κύβος, πυραμίδα, σφαίρα). Ο έλεγχος πραγματοποιείται για τέσσερεις διαφορετικές αποστάσεις από το όργανο, της τάξης των 3.5, 7.5, 19.0 και 35.0 μέτρων. Οι μετρήσεις πραγματοποιήθηκαν με τον σαρωτή Faro Focus 3D στο περιβάλλον του Αριστοτελείου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης και καλούνται δεδομένα σάρωσης Ι. Τα δεδομένα αυτά πλαισιώνονται από άλλες δύο ομάδες δεδομένων, τα οποία προέρχονται από όργανα που προσανατολίζονται περισσότερο στην τεκμηρίωση αντικειμένων όμοιων με τα διαθέσιμα και τα οποία θα οδηγήσουν στην αξιολόγηση των μετρήσεων του Faro Focus 3D. Τα όργανα αυτά είναι ο τρισδιάστατος σαρωτής NextEngine, του οποίου τα δεδομένα καλούνται δεδομένα σάρωσης ΙΙ και ένα ψηφιακό παχύμετρο, οι μετρήσεις του οποίου καλούνται δεδομένα ελέγχου. Η διαδικασία που ακολουθείται αφορά τον έλεγχο των δεδομένων σάρωσης Ι και ΙΙ σε σχέση με τα δεδομένα ελέγχου αλλά ταυτόχρονα γίνεται σύγκριση των δεδομένων σάρωσης Ι με τα δεδομένα σάρωσης ΙΙ. Η μεθοδολογία η οποία αναπτύχθηκε συντελεί στην τεκμηρίωση των διαθέσιμων γεωμετρικών προτύπων και περιγράφει μέσω της τεκμηρίωσης αυτής, τις επιδόσεις των δύο συστημάτων σάρωσης. Δηλαδή, γίνεται λόγος για την ικανότητα των οργάνων να «αναγνωρίζουν» τη γεωμετρία των αντικειμένων που σαρώνουν και να την αποδίδουν σε ψηφιακή μορφή. Τα εργαλεία τα οποία συνθέτουν τη συγκεκριμένη μεθοδολογία στοχεύουν στην, όσο το δυνατόν, αύξηση της αυτοματοποίησης με ταυτόχρονη ελάττωση στη μεροληψία του χρήστη.