Compact 3D camera scanner

Abstract

This thesis work describes the architecture of a device that can construct a 3D representation of the recorded area and saving it to an easy-to-use form.

The device uses a depth-enabled camera to construct 3D point clouds in real-time. The Point clouds can be used for measuring distances and surface area. The device uses already existing software and software libraries to accomplish the 3D modelling and visualization. The real-time 3D mapping and modelling is done with SLAM software that utilizes cameras. The SLAM software is open-source and can be acquired from the projects GitHub webpage.

This paper presents two possible use cases for the device; The 3D mapping of rooms and the 3D modelling of objects. The mapping can be used for interior design or for drawing floorplans. The object modelling can be used for 3D printing.

The main components of the device consist of Nvidia Jetson processing unit, Intel RealSense depth camera, and a touch screen. The processing unit receives image data from the cameras and uses it in SLAM algorithms to form a point cloud map. The processing unit also visualizes the map for the user with the touchscreen.

The software architecture of the device consists of several independent software processes. The processes can be divided in to the camera driver, visualization software and several SLAM process. The software utilises hardware acceleration of an integrated graphics card that shared some of the processing load with the processor.

Tämä työ pyrkii toteuttamaan arkkitehtuuri kuvauksen laitteesta, joka kykenee mallintamaan 3D-ympäristöjä ja tallentamaan helposti käytettävään muotoon. Laite käyttää syvyysnäköä hyödyntävää kameraa kolmeulotteisten pistepilvimallien rakentamiseen reaaliajassa. Pistepilvimalleja voidaan käyttää etäisyyksien ja pinta-alojen mittaukseen. Laite käyttää jo olemassa olevia ohjelmistoja ja ohjelmisto kirjastoja 3D-mallinnuksen toteuttamiseen ja visualisointiin. Ympäristöjen reaaliaikainen mallinnus toteutetaan kameroita hyödyntävällä SLAM ohjelmistolla. Kyseisen SLAM ohjelmiston lähdekoodi on avoin ja saatavilla projektin GitHub websivuilta.

Työssä esitellään kaksi laitteelle mahdollista käyttötarkoitusta; huoneistojen 3D kartoitus ja esineiden 3D-mallinnus. Huoneistojen kartoitusta voidaan käyttää toimisto- ja elintilojen huonekaluston sijoittelun suunnittelemiseen tai pohjakarttojen piirtämiseen. Esineiden 3D-mallinnusta voidaan käyttää esimerkiksi 3D-printtaukseen.

Laitteen pääkomponentit koostuvat Nvidia Jetson prosessointiyksiköstä, Intel RealSense syvyysnäkökamerasta ja kosketusnäytöstä. Prosessointiyksikkö vastaanottaa kameroiden syöttämää kuvaa ja käyttää sitä SLAM algoritmeissa kartan muodostamiseen. Prosessointi yksikkö myös visualisoi rakentuvan kartan käyttäjälle kosketusnäytön avulla.

Laitteen ohjelmistorakenne koostuu useasta prosessista, jotka toimivat itsenäisesti. Prosessit voidaan jakaa kameran ajuriin, visualisointi ohjelmaan, ja useaan SLAM prosessiin. Ohjelmisto hyödyntää integroidun näyttökortin rautakiihdytystä, joka jakaa prosessointi kuormaa prosessorin kanssa.