Pitty-M (macchinario di acquisizione PTM basato su Arduino)

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Trattasi di una macchina di acquisizione di Polinomial Texture Maps (siamo nell'ambito dell'image relighting) costruita in maniera dilettantistica. Questa è la pagina di presentazione e descrizione delle specifiche.


SPECIFICHE:

 

Pitty

 

Progetto per un sistema di acquisizione PTM portatile pensato per l'applicazione in ambito numismatico.

 

 

  1. Introduzione

    Questo progetto è sviluppato ad opera di Daniele Verducci come risultato del corso di Grafica 3D per i Beni Culturali a.a. 2010-2011, e si prefigge la costruzione di un sistema di acquisizione di immagini reilluminabili ad uso numismatico.

    L'idea viene dalla considerazione che l'acquisizione in digitale di grosse collezioni di monete può rivelarsi un compito particolarmente lungo e costoso se effettuato con sistemi che permettono l'acquisizione completa della geometria, o portare ad un risultato scadente se effettuato con sistemi raster come fotocamere o scanner piani ad uso cartaceo. Nel primo caso, infatti, non è possibile utilizzare metodi economici e rapidi come il dense stereo matching, essendo l'oggetto quasi completamente piatto, e l'unico sistema sarebbe quello di usare uno scanner ad interferenza di fase (conoscopy). Questo significa dover acquistare e trasportare macchinari costosi e pesanti. Nel secondo caso, invece, a fronte di una maggiore comodità ed economicità della strumentazione (una fotocamera digitale compatta si acquista con meno di 100€) si otterrebbero delle immagini piatte adatte a rappresentare bene il colore su una superficie piana, ma poco adatte a rappresentare la superficie monocroma ma in rilievo di una moneta.

    Il punto d'incontro ideale, in questo caso, è un'immagine reilluminabile, la cui acquisizione richiede pochi strumenti (una luce mobile ed una fotocamera digitale) e la cui elaborazione può essere effettuata anche su calcolatori poco potenti, ed in un momento diverso dall'acquisizione (non è quindi necessario portare con sé il computer).

    Il punto debole di questa soluzione è totale manualità del sistema, che richiede all'operatore di spostare continuamente la luce e scattare manualmente le fotografie. Sono stati già sviluppati sistemi di acquisizione automatica, delle cupole di generoso diametro che integrano molti punti luce ed una fotocamera sincronizzata con l'accensione di questi, ma ancora una volta si tratta di sistemi adatti più ad un uso in laboratorio che al trasporto.

     

  2. Caratteristiche

    Il sistema proposto, denominato Pitty, dovrebbe essere in grado di fornire un'alternativa estremamente economica, leggera e portabile ai sistemi descritti nel precedente paragrafo.

    È possibile costruirne un esemplare con meno di 30€ (prezzo destinato a calare quasi di un terzo con un'eventuale produzione in serie), pesa pochi etti e chiuso diventa un disco di 40 cm di diametro e dello spessore di pochi centimetri. L'alimentazione è a 4 batterie AA ricaricabili, che ne garantiscono fino a 100 ore di utilizzo consecutivo: in questo modo non è necessario procurarsi una presa di corrente. Il sistema si occupa dell'illuminazione e del comando di scatto della fotocamera, che andrà posizionata su un cavalletto, ed è in grado di operare acquisizioni per la realizzazione di PTM orizzontali in automatico oppure di PTM complete con una piccola interazione dell'operatore (il riposizionamento dell'arco illuminante). Purtroppo per contenere costi e peso non è stata prevista una schermatura per la luce, quindi il sistema potrà essere utilizzato solo in condizioni di scarsa luminosità.

    Infine il sistema è basato su hardware open source (il che permette di rilasciare l'intero progetto, hardware compreso, con licenza libera) e in buona parte costituito da materiali prodotti in Italia.

 

  1. Hardware

    Il sistema si basa sul circuito di prototipazione Arduino, un fiorente progetto italiano distintosi per esser stato il primo esempio di piattaforma open source a livello hardware. Tale circuito, disponibile al pubblico ad un costo inferiore ai 30€, è basato sul microcontrollore ATMega328 di Atmel ed è programmabile in C.

    Su un archetto di alluminio sono montati 10 led bianchi ad alta luminosità (18.000mcd, 20°) che a turno illumineranno il modello da punti di vista differenti, controllati direttamente dall'Arduino. Quest'ultimo si occupa anche dell'apertura dell'otturatore della fotocamera, controllato per mezzo di un relay azionato da un darlington (una coppia di transistor di potenza in cascata per permettere all'Arduino di controllare carichi induttivi). L'acquisizione è comandata tramite pulsante in maniera automatica o manuale (con scatto e avanzamento da parte dell'operatore.

    Lo stadio d'alimentazione si compone semplicemente di 4 batterie stilo ricaricabili in un pacco batterie che forniscono la tensione nominale di 4,8v, adatta ad alimentare l'Arduino e i led. Non è stato previsto uno stadio di stabilizzazione perché in primo luogo non ce n'è bisogno (la tensione delle batterie tende a restare piuttosto stabile) ed in secondo luogo questo avrebbe portato ad una forte caduta di tensione (integrati serie LMXXX) o ad una ingiustificata complicazione del circuito (regolatori dc-dc step up). È possibile alimentare il circuito anche con un alimetatore di rete 5v stabilizzato.

    Lo schema elettrico allegato dovrebbe rispondere a qualsiasi altro dubbio.

 

  1. Software

    Il codice allegato è distribuito con licenza GNU GPL 3.0, e dev'essere caricato sull'Arduino al primo utilizzo in assoluto (quindi quando si crea una nuova macchina d'acquisizione). Il prototipo presentato contiene già il firmware ed è pronto ad entrare in funzione.

     

  2. Telaio

    Per contenere il peso il telaio è composto da profilati d'alluminio incernierati con bulloni e dadi. La base è un cerchio che sostiene un archetto su cui sono montati degli illuminatori. Tale archetto è incernierato al cerchio ed è libero di muoversi in qualunque posizione, rendendo la struttura collassabile e facilmente trasportabile

     

  3. Istruzioni per l'uso

  1. Posizionare un supporto uniforme e non lucido, appoggiare la moneta e l'eventuale sferetta riflettente per la ricostruzione della direzione d'illuminazione.

  2. Posizionare la fotocamera sul cavalletto e montare un obiettivo macro o un obiettivo normale con tubi di prolunga. Regolare sulla massima sensibilità ISO, massima apertura di diaframma e bilanciamento del bianco su esterno. Inserire il connettore jack nel connettore di scatto remoto della fotocamera (consultare il libretto d'uso della fotocamera in caso di dubbi). Il connettore fornito è compatibile con fotocamere reflex Canon EOS.

  3. Elevare l'archetto illuminante all'altezza desiderata: nel caso si voglia ottenere una PTM orizzontale elevarlo a 90° avendo cura che non copra la visuale della fotocamera, in caso contrario elevarlo fino alla prima posizione.

  4. Accendere il sistema dall'interruttore laterale. Luce rossa fissa. Selezionare la modalità: pulsante avanti/automatico per la modalità automatica, pulsante reset/manuale per la modalità manuale.

  5. In modalità manuale (luce rossa che lampeggia lentamente) il tasto avanti illumina la luce seguente, reset torna alla prima.

  6. In modalità automatica (luce rossa che lampeggia velocemente) ruotare il potenziometro per decidere il tempo di scatto. I led di illuminazione si accenderanno in sequenza a formare una barra luminosa: ogni led corrisponde ad un secondo di intervallo tra gli scatti (minimo 0,5sec/massimo 10,5sec).

  7. Premere il tasto “Avanti”. La fotocamera scatterà diverse foto, i led si illumineranno ad uno ad uno.

  8. Se si desidera ottenere una PTM completa è necessario spostare l'archetto in posizioni diverse ed eseguire diverse acquisizioni.

  9. Se si desidera fare un'altra acquisizione ricominciare dal passo 3, altrimenti rimuovere la moneta e riporre lo strumento.

 


IDEA:

Questo era il risultato atteso (rendering di modello 3D sviluppato in Blender:

 

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COSTRUZIONE:


 

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RISULTATO FINALE:

 

 

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VIDEO DIMOSTRATIVI:

Primi test:

Dimostrazione di un'acquisizione (HD):


 

SOFTWARE:

Quì è possibile scaricare il firmware da flashare nell'Arduino. Anche questo, come il resto del progetto, è concesso sotto licenza GPL v3.0.

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