AG-Treffen 2025/05/14 Raspberry-Pi-Kamera-Messsystem

Protokoll vom 14.05.2025, 10:00 Uhr

Werkstattbericht Florian Timm

Entwicklung eines photogrammetrischen 3D-Messsystems unter Verwendung von Raspberry Pi-Kameras

• transportables System mit Fokus auf kleine Objekte (<40cm)
• zusätzlich kostengünstig und open source
• Übersicht Kamera-Module von Raspberry Pi
• Raspberry Pi Zero W, weil
• Kamera-Schnittstelle
• WLAN
• geringer Stromverbruach
• günstig
• Entwürfe mehrerer Prototypen in Blender
• Materialauswahl Holz vs. Stahl vs. Aluminium (Aluminium ausgewählt) Auswahlfaktoren: Materialbearbeitung, -gewicht, -demontage, -konstanz
• kippbare und verschiebbare Winkel an den Profilen als Halterungen der Geräte und ArUco-Marker
• Beleuchtung: 12V-LED-RGB-Streifen an den Profilen sorgt für eine gleichmäßige Ausleuchtung (Farben für Status, Farbton für Aufnahmen anpassbar)
• Fokus der Kamera und Beleuchtung wurde durch Umgebung gestört, Lösung: Stoff-Hülle um das System
• Drehteller (hier IKEA-Drehteller) nutzbar
• WiFi-Router und Raspberry Pi 4 für Steuerung
• Software:
• Desktop-App in Java (läuft auf verschiedenen Betriebssystemen)
• Agisoft Metashape oder OpenDroneMap (https://opendronemap.org/)
• Kalibrierung
• Bestimmung der Kamerakonstanten bei verschiedener Fokussierung
• Koordinatenbestimmung der ArUco-Marker mit externer Kamera
• Aufnahme von Bildserien in 5 Fokusstufen, Annahme: pro Fokussierung eine Kamera
• Simultankalibrierung
• Genauigkeitsuntersuchungen: Vergleichsdaten mit Streifenprojektionssystem erhoben und Differenzen berechnet
• Maximum der Objektgröße in diesem System etwa 38 cm Höhe
• Test mit verschiedenen Kameraanzahlen: 24 Kameras: 95 % Richtigkeit, 12 Kameras: 55 % Richtigkeit
• Test mit Drehteller positiv (24 x Bilder), aber doppelt so lange Aufnahmezeit
• Kostenübersicht
• Kameras: 1400 (Raspberry Pi Module 3)
• Rahmen: 250
• Elektronik: 200
• Stoff: 20
• gesamt: 1870
• Optimierung:
• automatisierter / motorisierter Drehteller
• Lan statt wlan (Rasperry Pi haben dazu keinen Anschluss, braucht zus. Adapter)
• Beamer für Muster/Streifen (bei bspw. einfarbigen Objekten)
• Fokusstacking
• Kommunikation: Direkt mit PC statt mit Raspberry Pi 4 für schnellere Datenübertragung (bisher 20 Sek., dafür bisher remote Arbeiten und auf USB Speichern möglich)
• Link: https://photobox.florian-timm.de/

Fragerunde

• OpenScan (openscan.eu)
• Qualität bei Reduzierung Kameras, aber Nutzung des Drehtellers -> Problem wahrscheinlich Kalibrierung
• Warum nicht eine Kamera und Drehteller? Dauer!
• Aufnahme und Übertragung 20 Sekunden
• COLMAP nur NVIDIA-fähig, braucht entsprechenden Rechner
• Aufbau dauert ca. 30 Minuten mit zwei Personen
• Unterer und oberer Rahmen fix, Verbindungsstreben müssen eingeschraubt werden
• Möglichkeit, alle Teile mit Kabeln für den Transport an einer Strebe zu haltern
• Bau des Käfigs dauerte ca. eine Woche, Prgrammierung "einen Winter"

Offene Runde

• KUI Konferenz: https://kui2025.htw-berlin.de/about-kui-conference/