Zajímalo nás, jak kvalitní jsou alternativní referenční body, se kterými na trh přichází německá firma Messpunkte. Na porovnání jsme se zaměřili z praktického úhlu pohledu, proto jsme porovnávali parametry, které mají vliv na celkovou přesnost 3D skenování.
Výsledek byl pro Messpunkte velmi dobrý a proto jsme se rozhodli o tyto produkty rozšířit nabídku našeho e-shopu.
Společnost GOM, patřící do skupiny Carl Zeiss AG, je tradičním výrobcem high-end průmyslových 3D skenerů. Produkty GOM patří dlouhodobě mezi nejlepší na trhu a jsou obecně vnímány jako etalon pro ostatní výrobce. GOM ke skenerům dodává také vlastní referenční body, které mají vysokou kvalitu a jsou zárukou přesného skenování. Se skenery a referenčními body GOM máme mnohaleté zkušenosti. Nyní jsme je mohli využít při porovnávání alternativních bodů od Messpunkte.
3Dees se stala na začátku roku 2022 zástupcem společnosti Messpunkte, pro český a slovenský trh. Jelikož naší strategií je nabízet zákazníkům špičkové produkty, které budou mít výborné parametry za odpovídající cenu, sami pro sebe jsme před uzavřením spolupráce s Messpunkte provedli zhodnocení kvality těchto referenčních bodů. Nechtěli jsme zkrátka v eshopu 3Dees prodávat zajíce v pytli.
Pokud i vás toto srovnání zajímá, můžete si jej přečíst ve zbytku článku.
Co jsme měřili?
Pro porovnání kvality referenčních bodů jsme zvolili několik parametrů:
- Ellipse Quality – definuje kruhovitost (přesněji elipsovitost) referenčního bodu (okraj přechodu bílá/černá barva)
- Kontrast bílého kruhu a černého pozadí – dobrý kontrast je důležitý pro rozpoznání bodu ve fotce kamery
- Intersection Deviation (Idev) – zohledňuje stav kalibrace skeneru a zároveň může ukázat chybu v případě nekruhovitosti bodu
- T-dev – definuje chybu transformace skenu vůči globálním referenčním bodům v projektu, nekruhovitost bodu by způsobila zvýšení této hodnoty
- Reference points residual – definuje celkovou přesnost sesazení všech skenů v projektu přes referenční body
Jak jsme měřili?
Pro vlastní měření jsme využili optický 3D skener GOM ATOS Q s rozlišením 12 MPx a software GOM Inspect Pro Line. Během testování byl 3x změněn měřící objem (MV100, MV300 a MV500). Pro měření byly využity referenční body o průměru 0,4 mm, 0,8 mm, 1,5 mm, 3,0 mm a 5,0 mm.
Při měření jsme porovnávali body celkem tří typů – body výrobce GOM (značeny G), body Messpunkte řady Premium (P) a řady Standard (S). Pro každé měření (velikost bodu a měřící objem) bylo použito celkem 5 bodů/vzorků daného typu.
Záběr rozložení referenčních bodů (výřez z GOM Inspect Pro Line)
Body byly nalepeny na bílé desce, s rozmístěním ve 4 rozích a uprostřed záběru. Deska byla umístěna na automatizovaném rotačním stole GOMRot 350. Body byly naskenovány z 8 různých úhlů pohledu.
Měření Ellipse Quality referenčních bodů
Tento parametr je zásadní při porovnávání kvality referenčních bodů. Nekruhovitost bílého kruhu na černém pozadí by měla za následek chybnou identifikaci středu značky v různých úhlech pohledu a následnou chybu transformace jednotlivých skenů do společného souřadného systému. Skener se na značku dívá vždy pod nějakým úhlem, takže se mu v projekci ve fotce jeví vždy jako elipsa. Elipsa může mít pod různými úhly pohledu různý tvar (délku hlavní a vedlejší poloosy). Důležité však je, že jakýkoliv tvar elipsy má pod jakýmkoliv úhlem pohledu vždy stejný střed. Cílem algoritmu je tedy najít v daném záběru (2D fotce) místo, kde je nalepený referenční bod (na základě lokálního gradientu kontrastu) a následně do okraje přechodu bílá/černá vložit metodou BestFit elipsu. To jak přesně se podaří elipsu vložit, říká parametr Ellipse Quality. Pokud by okraj nebyl geometricky elipsa, ale řekněme „bramboroid“ tak bude chyba vložení velká a software na základě tohoto parametru takový bod označí jako nepřesný.
Výsledné hodnoty ukazují, že Messpunkte Premium jsou při porovnání s GOM body v tomto hlavním parametru téměř shodné někde i mírně lepší. V praxi se tento drobný rozdíl na celkové přesnosti neprojeví, a proto lze Premium body doporučit jako alternativní rovnocennou náhradu. Messpunkte Standard vykazují o něco větší rozdíly zejména u 1,5mm bodů a MV100. Obecně lze Standard body doporučit spíše pro větší měřicí objemy, kde bude na bílý střed kruhu připadat menší počet pixelů (viz doporučená velikost referenčního bodu v manuálu skeneru).
Měření kontrastu referenčních bodů
Měření kontrastu jednotlivých bodů bylo provedeno 2 metodami. První metoda byla subjektivní porovnávající kontrast okem ve 2D fotce (v tabulce to jsou % hodnoty, kdy GOM bod je reference se 100 %). Druhá metoda využívala software GOM Inspect Pro Line, který měří stupeň šedi pixelů na stupnici od úplně černé („Č“ hodnota = 0) k dokonale bílé („B“ hodnota = 255). V tabulce jsou tyto hodnoty uvedeny v číselném zlomku. Čím větší rozestup mezi hodnotami „Č“ a „B“ tím je kontrast vyšší a bod se ve fotce lépe identifikuje. V praxi se tento zjištěný malý rozdíl mezi jednotlivými typy bodů na přesnosti skenování nijak neprojeví. Vyhledávací algoritmus v GOM softwaru je velmi citlivý a dokáže najít i referenční body s mnohem menším kontrastním poměrem, než jaký vykazovaly naše analyzované body.
Intersection Deviation (I-dev) a Transformation Deviation (T-dev)
Hodnota Intersection Deviation spojuje 2 parametry související s přesností skenování. Prvním je stav kalibrace skeneru a druhým je přesnost identifikace středu bílého kruhu referenčního bodu. Jelikož stav kalibrace skeneru byl pro všechny uvedené hodnoty v tabulce stejný, tak lze tuto hodnotu použít právě pro porovnání kvality referenčního bodu. Zjednodušeně se zde porovnává odchylka polohy středu elipsy na CCD čipu mezi levou a pravou kamerou v jednom záběru/skenu. I-dev je velmi malá hodnota v pixelech. Velikost pixelu je závislá na rozlišení kamery 3D skeneru a velikosti měřicího objemu. Zjištěné rozdíly celkovou přesnost skenování prakticky neovlivní. Z absolutního hlediska však je vidět, že GOM vychází nejlépe a Messpunkte Standard nejhůře.
Hodnota Transformation Deviation nám říká, jak přesně se podařilo daný sken transformovat na již známé globální referenční body v projektu. V ideálním světě by tyto hodnoty měly být nulové, protože skenujeme stále tu stejnou scénu se stejnými referenčními body. Nicméně ani dvakrát opakovaný sken ze stejného úhlu pohledu skeneru na scénu nám nedá nulové hodnoty transformace. Vstupní parametry, které do této hodnoty vstupují, jsou všechny výše uvedené. Navíc tuto hodnotu ještě ovlivní počet skenů z různých úhlů pohledu na danou scénu (v našem případě máme 8 úhlů pohledu vždy po 45° pootočení). T-dev vychází nejlepší u GOM bodů. Z praktického hlediska jsou však rozdíly zanedbatelné. Mezi GOM a Messpunkte Premium je rozdíl v průměrné hodnotě jen 0,0008 mm. To je hodnota, která se na výsledném meshi v běžných podmínkách a úlohách vůbec neprojeví.
Reference points residuals
Tento parametr sumarizuje chybu transformace pomocí referenčních bodů přes všechny skeny v daném projektu. Na tuto hodnotu mají vliv všechny výše popsané parametry. Je to globální hodnota, která v GOM softwaru ukazuje celkovou přesnost konkrétního projektu. Jsou to velmi malá čísla (desetitisíciny mm) takže reálný vliv na výsledný mesh je také velmi malý, nicméně z porovnání je vidět, že v absolutních číslech nejlépe vychází body Messpunkte Premium.
Celkové zhodnocení výsledků
Z praktického hlediska je rozdíl mezi referenčními body GOM a Messpunkte Premium zanedbatelný. Lze je tedy doporučit jako plnohodnotnou alternativu k originálním GOM bodům. Messpunkte Standard mají o trošku nižší kvalitativní parametry nicméně i s těmito body dokáže GOM software a ATOS skener pracovat velice přesně. Při použití s větším měřicím objemem (MV500) jsou celkové výsledky naprosto srovnatelné s GOM nebo Premium body. Obecnou výhodou Messpunkte bodů je jejich nižší cena, což při větší spotřebě referenčních bodů může být zajímavá úspora na spotřebním materiálu. Kompletní sortiment Messpunkte referenčních bodů najdete na našem e-shopu.
Autor: Ing Robert Navrátil, 3D Scanning manager ve společnosti 3Dees Ind ustries s.r.o.
