En tre-dimensionel scanner er en scanning og 3D erhvervelse
En tre-dimensionel scanner er en scanning og 3D erhvervelse

3D scanner


En tre-dimensionel scanner er en enhed, der analyserer objekterne eller deres nærmiljø at indhente specifikke oplysninger i formen og eventuelt på udseende (farve, tekstur) af disse. De indsamlede data kan derefter bruges til at opbygge CGI tredimensionale (digitale objekter) til forskellige formål.

Disse enheder er meget brugt af industrier for underholdning til film eller video spil. Digitale billeder af scannede objekter i 3D er også brugt for industrielt design, design af proteser, reverse engineering, for kvalitetskontrol (digital repository) eller til dokumentation af kulturgoder.

Sans-kontakter scannere kan opdeles i to hovedkategorier, aktive og passive scannere. De er sig i mange underkategorier baseret på deres teknologiske princip.







Denne scanner kan bruges til at scanne bygninger
Denne scanner kan bruges til at scanne bygninger

Scanner af flyvetid


Denne Lidar scanner kan bruges til at scanne bygninger, geologiske formationer, etc. for at producere en model i tre dimensioner. Dens RADIUS er justerbar over en meget bred horisont: takket være vandret rotation af hovedet, et spejl dirigerer det lodret. Laserstrålen bruges til at måle afstanden med det første objekt skæring stråle


3D Lidar scanneren er en aktiv enhed, der bruger en laserstråle til at probe genstand. Kernen i denne type af scanner er en laser rangefinder at bestemme afstanden fra overfladen af objektet studerede ved at tælle den tid, der kræves for tilbagelevering af det reflekterede laserstråle puls.

Da hastigheden af lys c er kendt, rejste tilbagetid at bestemme afstanden af lys, som er to gange afstanden mellem scanneren og overfladen. Naturligvis afhænger nøjagtigheden af scanner tidspunkt af flyvningen målenøjagtighed vende tilbage tid t, vel vidende at 3,3 picoseconds er omtrent tid taget af lys til at rejse en millimeter.


Laserafstandsmåler registrerer kun ét punkt på én gang i den retning den peger. For dette, enheden scanner alle dens synsfelt punkt for punkt og skal ændre sin retning af visning for hver enkelt foranstaltning. Det kan ændres ved drejning af selve kameraet eller ved hjælp af et system af roterende spejle. Denne sidste metode er den mest almindeligt anvendte fordi spejle er lettere og kan ændre retning hurtigere med mere præcision.
Tidspunkt for flight 3D scannere kan måle afstanden fra 10 000 til 100 000 point per sekund.









Scanneren udsender en laserstråle, som i kontakt med objektet, afspejles i laser scanneren
Scanneren udsender en laserstråle, som i kontakt med objektet, afspejles i laser scanneren

Scanner af faseskift


En anden teknologi, der anvendes af laser-scannere til at måle afstande er foranstaltning af faseskift. Scanneren udsender en laserstråle, som i kontakt med objektet, afspejles i laser scanneren. Bølgelængden af laser emission varierer alt efter udbyderen. Spejl af scanneren returnerer laserstråle lodret mod det samme objekt. Den lodrette vinkel er kodet på samme tid som afstandsmåling.


Laserscanner roterer 360 ° på sig selv i det vandrette plan. Den vandrette vinkel beregnes samtidig med afstandsmåling. Afstanden og vinklen lodrette og vandrette give en polar koordinat (δ, α, β), der er konverteret til kartesisk koordinaten (x, y, z). Nogle laser-scannere bruge fase Skift måling teknologi til at måle afstanden til en overflade. Enheden projekter en infrarød laserstråle, som vender tilbage til scanneren af refleksion. Det beregner afstanden til den nærmeste millimeter ved at analysere faseskift mellem udsendte stråle og modtagne RADIUS.
Laser af en kendt sinusbølge udsendes af en Laserkilde.


Det er 'lys'. Nogle af laserstrålen afspejles fra målet til kilden. Kaldes \tilbage lys\. Fase af denne \bag lyset\ er i forhold til at lyset udsendes kendte til at bestemme den 'lys historie\. Forskellen mellem de to toppe kaldes \faseskift\. Faseskift opnået svarer til 2π x flyvetid x hyppigheden af graduering. Fase Skift scannere er normalt hurtigere og mere præcis end 3D i tid for flyvning laser-scannere, men de har et mindre omfang.









Triangulering laserscanner er en aktiv scanner, bruger laser lys at sonde sine omgivelser
Triangulering laserscanner er en aktiv scanner, bruger laser lys at sonde sine omgivelser

Af triangulering scanner


Princippet om en detektor ved hjælp af laser triangulering. To positioner for objektet vises.

Triangulering laserscanner er en aktiv scanner at også bruger laser lys at sonde sit miljø. Han peger på emnet med en bom med hensyn til en af flyvetid og bruger et kamera til at finde punktet. Afhængigt af afstanden til en overflade vises punktet på et andet sted i synsfeltet for kameraet. Denne teknik kaldes triangulering fordi punkt laseren, kameraet og laser emitter udgør en trekant. Længden af en side i trekanten, afstanden mellem kameraet og laser senderen er kendt.
Vinkel på den side af laser-senderen er også kendt.

Vinkel på siden af kameraet kan bestemmes ved at kigge på placeringen af laser prikken i synsfeltet for kameraet. Disse tre data bestemme form og dimensioner af trekanten og give laser punkts placering. I de fleste tilfælde, en laser i stedet for en periode band, scanner objekt for at fremskynde erhvervelse. Det nationale råd for forskning Canada var blandt de første institutter til at udvikle en teknologi scanning baseret på triangulering i 19782.








I et konoskopiske system er en laserstråle projiceret op på en overflade
I et konoskopiske system er en laserstråle projiceret op på en overflade

Konoskopiske holografi


I et konoskopiske system en laserstråle er projiceret op på en overflade, derefter tænkning gennem de samme stråle passerer gennem en birefringent krystal og sendes på en CDD sensor.
Hyppigheden af diffraktion mønstre kan analyseres og bruges til at bestemme afstanden til overfladen. Den største fordel ved konoskopiske holografi er kollinearitet, dvs en enkelt stråle (rundtur) er nødvendig for at udføre målingen, for at måle f.eks dybden af et hul boret fint der er umuligt af triangulering.









Manuel laser-scannere skabe billeder fra princippet om triangulering 3D
Manuel laser-scannere skabe billeder fra princippet om triangulering 3D

Manuel scanner


Manuel laser scannere oprette billeder 3D fra triangulering princippet beskrevet ovenfor: et punkt eller en laser linje er projiceret op på et objekt ved hjælp af en manuel anordning og en sensor (typisk en CDD sensor eller position følsomme enhed) måler afstanden til overfladen.


Positioner er gemt til en indre koordinatsystem og scanneren, selv at flytte sin holdning skal måles. Positionen kan bestemmes af scanneren ved hjælp af karakteristiske landemærker på overfladen scannes (typisk af selvklæbende reflekterende strimler) eller ved hjælp af en ekstern opfølgningsmetode. En enhed med ansvar for denne identifikation kommer i form af en maskine til foranstaltning tredimensionale udstyret med et kamera indarbejdet (for at indstille retningen af scanneren) eller som en enhed for fotogrammetri ved hjælp af tre eller flere kameraer giver mulighed for seks frihedsgrader scanneren.


Begge teknikker tendens til at bruge infrarøde lysdioder indarbejdet i scanneren, som opfattes af (kamera (s) gennem filtrene til at se dem trods belysningsforhold.
Oplysningerne er indsamlet af en computer og gemt som koordinaterne for point i tre-dimensionelle rum ved hjælp af edb-behandling, disse kan konverteres ved triangulering i et lærred og derefter i en computermodel, oftest i form af NURBS overflader. Håndholdt laser-scannere kan kombinere disse data med passive modtagere af synligt lys - at optage teksturer og farver - til gendannelse (Se reverse engineering) fuldføre en modellering i 3D-modellen.










Strukturerede lys 3D scannere projekt en lyse mønster på emnet
Strukturerede lys 3D scannere projekt en lyse mønster på emnet

Strukturerede lys scanner


Strukturerede lys 3D scannere projekt en lyse mønster om emnet og at iagttage deformationen. Mønsteret kan være i en eller to dimensioner.

Eksempel på en linje som en endimensional jorden. Det er projekteret på emnet ved hjælp af en LCD-projektor eller laser. A lidt forskudt projektor kamera, registrerer hans mulige deformation. En teknik svarende til triangulering bruges til at beregne afstanden og derfor placeringen af de punkter, der repræsenterer. Jorden fejer synsfeltet for at spare en masse på et tidspunkt, oplysninger om afstande.

Nu tage eksemplet med et gitter eller strip-formet mønster. Et kamera bruges til at registrere deformationer og en kompleks computerprogram bruges til at beregne afstande af punkterne gør op at jorden. Kompleksitet er på grund af uklarheden. Tage en gruppe af lodrette striber fejer vandret et emne. I det enkleste tilfælde, analysen er baseret på den antagelse, at rækkefølgen af bands synlige fra venstre til højre matcher billedet forventede laser på en sådan måde, at billedet af bandet den længst til venstre er den første laser projektion, følgende er andet og så videre.

For så vidt angår ikke-triviales mål med huller, nogle tillukning, hurtige ændringer, dog er rækkefølgen nødvendigvis verificeret at bands er ofte skjult og kan endda vises i en anden rækkefølge, giver anledning til en tvetydighed i bands lasere.

Dette specifikke problem er for nylig blevet løst ved en avanceret teknologi, kaldet Multistripe laser Triangulation (MLT). Det strukturerede lys 3D scanning er stadig et aktivt område for forskning, giver anledning til en række publikationer hvert år.

Højdepunktet i de strukturerede lys 3D scannere er hastighed. I stedet for scanning et punkt ad gangen, scanne de hele synsfeltet på samme tid. Dette begrænser eller eliminerer forvrængning problemer relateret til bevægelsen. Eksisterende systemer er i stand til at scanne objekter i bevægelse i realtid. For nylig, sang Zhang og Peisen Huang fra Stony Brook University har udviklet en scanning på flue ved hjælp af en digital fringe projektion og en moduleret fase teknik (en anden strukturerede lys metode).
Dette system er i stand til at fange, genopbygge og genoprette detaljer af objekter deformering i tid (som et ansigtsudtryk) med en hyppighed på 40 billeder per sekund.









De modulerede lys 3D scannere belyse emnet ved hjælp af et skiftende lys
De modulerede lys 3D scannere belyse emnet ved hjælp af et skiftende lys

Moduleret lys scanner


De modulerede lys 3D scannere belyse emnet ved hjælp af et skiftende lys. Normalt, har den lyskilde en cyklus, hvis amplitude beskriver en sinusformet mønster. Et kamera registrerer reflekterede lys, måler betydningen af dens variation og bestemmer afstanden lyset har rejst.
De modulerede lys giver også scanner til at ignorere kilden til lys end en laser, derfor er der ingen indblanding.









De passive berøringsfrie 3D scannere er baseret på påvisning af reflekteret omgivende stråling
De passive berøringsfrie 3D scannere er baseret på påvisning af reflekteret omgivende stråling

Scanneren uden kontakt passiv


Passiv scannere uden kontakt, udstedelse af enhver form for stråling, er baseret på påvisning af reflekteret omgivende stråling. De fleste scannere af denne type afsløre synligt lys, fordi det er umiddelbart tilgængelige. Andre former for stråling, som infrarød kan også bruges. Passive metoder kan være billige, fordi i fleste tilfælde de ikke kræver enhed specifikke show.









Stereoskopisk 3D scannere benytter to videokameraer
Stereoskopisk 3D scannere benytter to videokameraer

Stereoskopisk scannere


Stereoskopiske systemerne som regel to kameraer videoer, lidt afsides, peger på den samme scene. Ved at analysere de små forskelle mellem billederne af de to enheder, er det muligt at bestemme afstanden for hvert punkt i billedet. Denne metode er baseret på vision stereoskopisk humaine5.









Disse typer af 3D scannere bruge konturer lavet fra en sekvens af billeder taget omkring et objekt i tre dimensioner
Disse typer af 3D scannere bruge konturer lavet fra en sekvens af billeder taget omkring et objekt i tre dimensioner

Silhuet scannere


Disse typer af 3D scannere bruge konturer lavet fra en sekvens af billeder taget omkring et objekt i tre dimensioner på en kontrasterende baggrund. Disse silhuetter er løsrevet fra deres baggrund og samlet til hinanden på placeringen af rotationsaksen af kameraet for at danne en \visuel skrog\ en tilnærmelse af objektet. Med denne type af teknikker registreres alle slags hule af objekt - som indersiden af en skål - ikke.


Scannere søger hjælp fra brugeren
Der er andre metoder, baseret på påvisning og identifikation bistået bruger egenskaber og danner en række forskellige billeder af et objekt, som gør det muligt for at konstruere en tilnærmelse af det. Denne type teknologi er nyttige til hurtigt at opnå en tilnærmelse af et objekt, der består af simple figurer som bygninger. Forskellige kommerciel software er i stand til som iModeller, D-Sculptor ou RealViz-ImageModeler.

Disse typer af 3D scannere er baseret på principperne om fotogrammetri. En eller anden måde de bruger en metode, der svarer til panorama fotografering, med dette i stedet at tage billeder fra et fast punkt til at tage et panorama, en serie af billeder fra forskellige punkter er taget fra et fast objekt at replikere.

Modellering af data indsamlet af scanneren
Skyer af point produceret af 3D scannere er ofte ikke brugbar som hvad. De fleste programmer bruger ikke direkte, men brug i stedet for en 3D-model. Dette betyder for eksempel i forbindelse med en polygonal modellering for at bestemme og forbinde point for at skabe en kontinuerlig overflade 3D. En række algoritmer er tilgængelige for dette arbejde (for eksempel, photomodeler, imagemodel).