Automatische Stationierung der Scans über Cloud2Cloud mit vorheriger draufsichtbasierter Registrierung

Registrierung ohne Referenzkugeln oder Zieltafeln (Checkerboard Targets)

Scans lassen sich auch ohne Zuhilfenahme von Referenzen in FARO Scene registrieren. Hierzu nutzen wir das Prinzip der Punktwolken-Stationierung in Verbindung mit der draufsichtbasierten Stationierung. Warum in Verbindung? Zum einen können unsere Helferlein im Scanner genutzt werden, zum anderen geht die Stationierung mit vorheriger draufsichtbasierter Stationierung wesentlich schneller.

Kommen wir nun zu unserem Beispiel.

Draufsichtbasierte Stationierung in FARO Scene

Wie bei der zielmarkenbasierten Stationierung legen wir ein Neues Projekt an. Via Drag & Drop importieren wir unsere Scans in den Workspace und speichern anschließend das Projekt.

Zur besseren Darstellung sind hier Daten geladen worden:

Punktwolke geladen und unstationiertPunktwolke geladen und unstationiert

Im weiteren Verlauf wählen wir nun das Cluster aus, in dem sich unsere Scans befinden und öffnen durch Rechtsklick das Menü für die Stationierung. Unter Operationen > Stationierung > Scans stationieren finden wir ganz oben in dem sich jetzt öffnenden Fenster die Art der Stationierung zur Auswahl. Unter dieser Einstellung wählen wir nun die Draufsichtbasierte Stationierung. Unter der Registerkarte Allgemein können wir die Helferlein aus dem Scanner hinzuschalten bzw. den Haken entfernen. In der Registerkarte Draufsichtbasiert können wir die Abtastrate (Subsampling) festlegen. Diese kann über einen Schieberegler von 1 cm bis 10 cm frei gewählt werden. Über den nächsten Schieberegler wird die Zuverlässigkeit der Scans angegeben. Hat man ein dichtes Scanner-Standpunktfeld, kann der Regler ein wenig Richtung "Hoch" geschoben werden. Ist das Feld etwas luftig mit größeren Abständen der Scanner-Positionen, empfiehlt es sich, den Regler Richtung "Niedrig" zu verschieben. Mit OK führen wir den Befehl zur Stationierung aus.

Menüführung in FARO SceneMenüführung in FARO Scene

Stationierung startenStationierung in FARO Scene starten

Nach Beendigung des Rechenvorgangs zur Stationierung sollte unser Objekt als ganze Punktwolke zu sehen sein:

Punktwolke nach Beendigung der Stationierung in FARO ScenePunktwolke nach Beendigung der Stationierung in FARO Scene

Punktwolken-Stationierung in FARO Scene

Da die draufsichtbasierte Stationierung eine relativ ungenaue bzw. eine Vorstationierung ist, ist im Anschluss (je nach Wunsch des Kunden) noch eine Punktwolken-Stationierung in Erwägung zu ziehen. Hierfür machen wir einen Rechtsklick auf den ScanManager und aktualisieren diesen. Es öffnet sich wieder das Fenster zum Aussuchen der Stationierungsart. Nur wählen wir jetzt die Punktwolken-Stationierung.

In dem Fenster der Punktwolken-Stationierung (C2C) können ebenfalls die Werte für die Stationierung angepasst werden. So können wir auch hier die Abtastrate von 0.01 m bis 0.10 m. Weiterhin können Sie die Iteration (Berechnungswiederholungen) und die Suchdistanz definieren, in welchem Bereich der Scans die Scanpunkte für die Stationierung verwendet werden sollen.

Einstellungen für die Punktwolken-Stationierung in FARO SceneEinstellungen für die Punktwolken-Stationierung in FARO Scene

Mit Klick auf OK bestätigen wir. Durch die darauffolgende C2C-Stationierung werden die Punktwolken noch einmal analysiert; dies trägt zu einem verbesserten Ergebnis bei. Angezeigt wird dies durch das Ergebnisprotokoll. Hieraus kann abgelesen werden, wie die einzelnen Cluster zueinander passen. Angegeben ist dies durch eine Statistik, die den Mittelwert der Punktabweichung in Millimeter und die Überlappung der Scanpunktwolken in Prozent angibt. Unter Details befindet sich ein Histogramm, in dem, wie die Abweichung der prozentualen Punkte zur Distanz aufgezeigt wird.

Ergebnisprotokoll der Cloud-to-Cloud-RegistrierungErgebnisprotokoll der Cloud-to-Cloud-Registrierung

Ist die Stationierung erfolgreich verlaufen, können wir im Anschluss die Farbinformationen aufrechnen, sofern beim Scanning Farbwerte erfasst wurden.

Stationierung in FarbeStationierung in Farbe

Nachteil der Cloud2Cloud-Stationierung

Die Berechnung der Scans allein über C2C-Stationierung sollte wohl überlegt sein. Die Berechnungszeit bei großen Projekten bzw. vielen Scan-Standpunkten wird enorm lang. Auch kann es passieren, dass sich ein Höhenunterschied zwischen den Scans einstellt. Dieser kann im Zentimeter- bis Dezimeterbereich liegen. Daher ist es bei vielen Scanner-Standpunkten ratsam, im Vorfeld eine zielmarkenbasierte Stationierung vorzunehmen. Zudem raten wir auch immer dazu, einen 360°-Scan auszuführen, um das Zusammenführen der Scans anhand vieler Umgebungsfaktoren zu stabilisieren.

Fehlerhafte Cloud2Cloud-Stationierung - Neue draufsichtbasierte Stationierung

Es gibt auch Situationen, in denen die Scans nicht richtig zueinander stationiert werden können, da ihnen die Verbindung zueinander fehlt. Für dieses Problem bei der draufsichtbasierten Stationierung als Vorstationierung sind die Innenscans der Kirche verdreht worden.

In diesem Fall sehen wir, dass die Scans vom Innenbereich der Kirche und der Fassade nach der Stationierung nicht richtig zueinander ausgerichtet sind. Es erscheint eine Fehlermeldung. Dies kann passieren, wenn zu wenig Überlagerungsflächen vorhanden sind. In diesem Fall teilen wir die Scans in Innenbereich und Außenbereich (Fassade) als Cluster neu auf. Nach der Aufteilung führen wir die draufsichtbasierte Stationierung in den einzelnen Clustern wiederholt aus, um die Scans zu stationieren. Dies ist notwendig geworden, da unsere Scans verschoben waren und damit die Stationierung aufgehoben ist.

Verdrehung des KircheninnenbereichsVerdrehung des Kircheninnenbereichs

Fehlermeldung zur Stationierung der Scans in FARO SceneFehlermeldung zur Stationierung der Scans in FARO Scene

Neue Aufteilung der Scans in ClusterNeue Aufteilung der Scans in Cluster

In den folgenden Bildern sehen Sie die über die draufsichtbasierte Stationierung neu stationierten Scans des Kircheninneren und der Fassade. Die Scans der verschiedenen Bereiche wurden hierfür einfach durch Markieren und Drag & Drop in die dafür vorgesehenen Cluster verschoben und neu stationiert.

Innenbereich der Kirche neu stationiertInnenbereich der Kirche neu stationiert

Fassade neu stationiertFassade neu stationiert

Identische Scanpunkte als Referenzen festlegen

Wir suchen uns jetzt die einzelnen Scans heraus, die den Anschluss von Innenbereich und Fassade repräsentieren. (In unserem Fall der Kirche sind es der Scan 15 vom Innenbereich und der Scan 16 von der Fassade.) Diese beiden Scans öffnen wir in der flächenhaften Ansicht durch Markieren der Scans, Rechtsklick > Ansicht > Flächenhafte Ansicht.

Scan 15 - Innenbereich der KircheScan 15 - Innenbereich der Kirche

Scan 16 - KirchenfassadeScan 16 - Kirchenfassade

Um Korrespondenzen festzulegen, suchen wir in beiden Scans identische Punkte heraus. Wir aktivieren das Tool Scanpunkt markieren (Scanpunkt) und markieren die Punkte, die in beiden Scans zu sehen. Der Scanpunkt ist mit einem Linksklick gesetzt. Im sich nun öffnenden Fenster gibt es die Möglichkeit, diesen Scanpunkt zu individualisieren, z. B. einen neuen Namen zu vergeben.

Scanpunkte markierenScanpunkte in FARO Scene markieren

Nach Setzen der Scanpunkte in den beiden Scans und der Vergabe von Scanpunktnamen führen wir die Stationierung im übergeordneten Cluster aus. Da die Scanpunkte als natürliche Referenzen gelten und wie Zielmarken behandelt werden, wird an Stelle der draufsichtbasierten Stationierung die zielmarkenbasierte Stationierung ausgeführt. Da unser Scan-Manager noch von der ersten Stationierung vorhanden ist, brauchen wir diesen nur zu aktualisieren mit Rechtsklick auf Scan-Manager > Scans aktualisieren. Wir ändern die Art der Stationierung auf Zielmarkenbasiert und bestätigen die Stationierung mit OK.

Stationierung der ClusterStationierung der Cluster in FARO Scene

Im Ergebnis liegt nun unser Kircheninnenbereich unter der Fassade, also da, wo er hingehört.

Fassade mit Innenbereich kombiniertFassade mit Innenbereich kombiniert

Punktwolken-Stationierung für eine höhere Genauigkeit

Da die Stationierung über Scanpunkte noch eine gewisse Ungenauigkeit besitzt, empfehlen wir, im Anschluss noch die Punktwolken-Stationierung auszuführen. Hierfür aktualisieren wir die Scans unter dem Scan-Manager, wählen Punktwolken-Stationierung aus und führen die Stationierung aus.

Punktwolken-Stationierung in FARO ScenePunktwolken-Stationierung in FARO Scene

Statistik der Punktwolken-StationierungStatistik der Punktwolken-Stationierung

Im Nachgang können wir das Objekt noch von störenden Scanpunkten befreien bzw. die nicht zum Objekt gehörenden Punkte entfernen.

Als Letztes können wir nun die Farbinformationen, falls vorhanden, anwenden. Dafür wählen wir das Projekt mit einem Rechtsklick an und wählen Operationen > Farbe/Bilder > Bilder anwenden.

Scans in FARO Scene einfärbenScans in FARO Scene einfärben

Eingefärbte PunktwolkeEingefärbte Punktwolke

 

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