Statisk deformationsmätning med fotobaserad skanning : Utförd med icke-professionella digitalkameror

Till följd av den utveckling som skett hos digitalkameror och programvaror för bildbehandling de senaste åren har intresset för fotobaserad skanning (FBS) vuxit. I denna studie utvärderades FBS som ett alternativ till terrester laserskanning (TLS) för statisk deformationsmätning och relaterade till kavitationsskador på vattenturbinkolvar där volym och maxdjup mäts. En stor del av syftet var att det skulle göras med simpla förutsättningar så att metoden blir enkel att utföra och tillämpbar framförallt i industrimiljöer. Simulerade deformationer skapades på en bräda i trä med en plan omgivande yta och på en boll i kork för att också undersöka en välvd yta. Fotograferingen utfördes med icke-professionella kameror, en digitalkamera och en smartphonekamera. Objekten som undersöktes hade en matt textur, bilderna togs med stor övertäckning (80–100%) och ljusförhållandena var goda för att undvika skuggning och blänk i bilderna. Det som utvärderades i studien var hur många kodade markörer som bör användas som konnektionspunkter för att förbättra bildmatchningen, optimalt antal skalstockar för skalsättning och vilken kameramodell och självkalibreringsmodell som gav den lägsta mätosäkerheten. Bildmatchningen och skapandet av 3D modellerna utfördes i programvaran Agisoft Photoscan. Analysen av modellerna utfördes i programvarorna 3DReshaper och CloudCompare. Resultaten utvärderades mot en skannad referensmodell framtagen med en ROMER Absolute Arm som har möjlighet att uppvisa mätosäkerheter på hundradels mm och kunde därmed anses som “sant” värde i denna studie. Resultatet visade att de kodade markörerna inte var nödvändiga som konnektionspunkter för bildmatchningen. Det visade även att oavsett kamera, självkalibreringsmodell och antal skalstockar (4, 3 & 2) låg alla modeller under den tillåtna avvikelsen i volym och maxdjup som normen för kavitationsskador på vattenturbinkolvar föreskriver (IEC 60609-1, från Swedish Standards Institute). Normen anger att mätosäkerheten på metoden som används inte får överskrida ±15% från det sanna värdet. Den här metoden har här visat sig vara tillämpbar och kan ersätta TLS för dokumentation och avgjutning för uppmätning av statiska deformationer när kraven på en relativ mätosäkerhet är ±5% av det sanna värdet. As a result of the development of digital cameras and image processing software in recent years, the interest in close-range photogrammetry (CRP) has grown. In this study, CRP was evaluated as an alternative method to terrestrial laser scanning (TLS) for static deformation measurements and it was related to cavitation damage on water turbine pistons where the volume and maximum depth is measured. A large part of the purpose of the study was that it should be done with simple conditions so that the method will be easy to carry out and applies especially in industrial environments. Simulated deformations were created on a wooden board with a flat surrounding surface, and on a ball made of cork. The shooting was done with non-professional cameras, a digital camera and a smartphone camera. The objects that was examined had a matte texture, the images were taken with a large overlap (80–100%) and the lighting conditions were good enough to avoid shading and glare in the pictures. What was evaluated in the study was how many coded markers that should be used to improve image alignment, what the optimal number of scale bars for scaling the model is, and which camera model and self-calibration model that gave the lowest measurement uncertainty. The alignment of the images and creation of the 3D-models of the deformations were performed in the software Agisoft Photoscan. The analysis of the models was performed in the softwares 3DReshaper and CloudCompare. The results were evaluated against a scanned reference model developed with a ROMER Absolute Arm which has the ability to display measurement uncertainties on hundreds of millimetres and could thus be considered as a “true” value in this study. The result showed that the coded markers were not necessary in the image alignment procedure. It also showed that, regardless of which camera, self- calibration model and number of scale bars (4, 3 & 2), all the models created were below the permitted deviation in volume and maximum depth as the standard for cavitation damage on water turbine pistons (IEC 60609-1, from the Swedish Standards Institute) prescribes. The standard states that the measurement uncertainty of the method used must not exceed ±15% from the true value. This method has been found to be applicable and can replace TLS for documentation and volume measurement with a temporary filler for static deformations when the requirements for a relative measurement uncertainty are ±5% from the true value.