Ein dreidimensionale Scanner ist eine Scan und 3D Erfassung
Ein dreidimensionale Scanner ist eine Scan und 3D Erfassung

3D scanner


Ein dreidimensionale Scanner ist ein Gerät, das die Objekte oder ihrer unmittelbaren Umgebung, bestimmte Informationen zu sammeln, auf dem Formular und möglicherweise auf das Aussehen (Farbe, Textur) dieser analysiert. Die gesammelten Daten lässt dann dreidimensionale CGI (digitale Objekte) für verschiedene Zwecke zu bauen.

Diese Geräte sind viel in der Entertainment-Industrie für Filme oder Videospiele verwendet. Digitale Bilder von gescannten Objekte in 3D sind auch für Industrie-Design, die Gestaltung der Prothesen verwendet, reverse-Engineering, für die Qualitätskontrolle (digital Repository) oder für die Dokumentation von Kulturgütern.

Sans-Kontakte-Scanner können in zwei Hauptkategorien, aktive und passive Scanner unterteilt werden. Sie sind selbst in viele Unterkategorien auf ihre technologischen Prinzip basiert.







Dieser Scanner kann verwendet werden, um Gebäude zu scannen
Dieser Scanner kann verwendet werden, um Gebäude zu scannen

Scanner von Flugzeit


Diese Lidar Scanner kann scannen, Gebäude, geologische Formationen, etc. verwendet werden, um ein Modell in drei Dimensionen zu produzieren. Sein RADIUS ist einstellbar über einen sehr weiten Horizont : durch die horizontale Drehung des Kopfes, ein Spiegel lenkt er vertikal. Der Laserstrahl wird verwendet, um den Abstand mit dem ersten Objekt Schneidstrahl messen


Der 3D-Scanner Lidar ist ein aktives Gerät, das einen Laserstrahl verwendet, um das Thema zu erforschen. Das Herzstück dieser Art von Scanner ist ein Laser-Entfernungsmesser die Entfernung von der Oberfläche des Objekts durch zählen den Zeitaufwand für die Rückkehr des Impulses des reflektierten Laserstrahls studierte bestimmt.

Da die Lichtgeschwindigkeit c bekannt ist, reiste der Round-Trip-Zeit bestimmen Sie die Entfernung von Licht, das zweimal die Entfernung zwischen dem Scanner und der Oberfläche ist. Natürlich hängt die Genauigkeit des Scanners durch Flugzeit auf die Genauigkeit der Messung der Rückkehrzeit t, wohl wissend, dass 3,3 Pikosekunden ist ungefähr die Zeit vom Licht, einem Millimeter zu reisen.


Die Laser-Entfernungsmesser erkennt nur einen Punkt auf einmal in die Richtung, auf die es zeigt. Dazu das Gerät scannt alle seines Sichtfeldes Punkt für Punkt und seine Blickrichtung zu jeder Maßnahme ändern muss. Es kann durch Drehung der Kamera selbst oder durch ein System der rotierenden Spiegel geändert werden. Diese letzte Methode ist das am häufigsten verwendete, da Spiegel leichter sind und können schneller mit mehr Präzision Richtungswechsel.
Zeit des Fluges 3D-Scanner kann messen Sie den Abstand vom 10 000 bis 100 000 Punkte pro Sekunde.









Der Scanner sendet einen Laserstrahl, reflektiert, in Kontakt mit dem Objekt an den Laserscanner
Der Scanner sendet einen Laserstrahl, reflektiert, in Kontakt mit dem Objekt an den Laserscanner

Scanner von Phasenverschiebung


Eine weitere Technologie von Laser-Scannern verwendet, um Entfernungen zu messen ist das Maß der Phasenverschiebung. Der Scanner sendet einen Laserstrahl, das sich in Kontakt mit dem Objekt an den Laserscanner spiegelt. Die Wellenlänge der Laseremission variiert je nach Anbieter. Der Spiegel des Scanners wird den Laserstrahl senkrecht auf das gleiche Objekt zurückgegeben. Der vertikale Winkel wird zur gleichen Zeit wie die Distanzmessung kodiert.


Der Laserscanner rotiert 360° auf sich selbst in der horizontalen. Der horizontale Bildwinkel wird gleichzeitig mit der Abstandsmessung berechnet. Der Abstand und Winkel vertikaler und horizontaler geben eine Polarkoordinaten (δ, α, β), die in kartesischen Koordinaten (X, y, Z) umgewandelt wird. Einige Laserscanner verwenden die Phase-Shift-Messtechnik, Messen Sie den Abstand zur Oberfläche. Das Gerät projiziert einen Infrarot-Laserstrahl die durch Reflexion an den Scanner zurück. Es berechnet den Abstand auf den Millimeter durch die Phasenverschiebung zwischen dem ausgesandten Strahl und empfangenen RADIUS zu analysieren.
Der Laser eine bekannte Sinuskurve ist von einer Laserquelle ausgestrahlt.


Es ist das \Licht\. Einige des Laserstrahls wird vom Ziel zur Quelle reflektiert. \Gegenlicht\ nennt. Die Phase der dieses \Gegenlicht\ ist im Vergleich zu, dass zweifelsfrei festzustellen, die \leichte Geschichte\ des Lichts emittiert. Die Differenz zwischen den beiden Gipfeln wird \Phasenverschiebung\ genannt. Die Phasenverschiebung erhalten entspricht 2π x Flugzeit x Frequenz Modulation. Phase-Shift-Scanner sind in der Regel schneller und genauer als 3D in der Zeit des Fluges Laserscanner, aber sie haben einen kleineren Umfangs.









Die Laser-Triangulation-Scanner ist ein aktiver Scanner, dass verwendet Laserlicht, seine Umwelt zu erforschen
Die Laser-Triangulation-Scanner ist ein aktiver Scanner, dass verwendet Laserlicht, seine Umwelt zu erforschen

Durch Triangulation scanner


Prinzip eines Detektors mit Lasertriangulation. Zwei Positionen des Objekts werden angezeigt.

Die Laser-Triangulation-Scanner ist ein aktiver Scanner, dass auch verwendet Laserlicht, seine Umwelt zu erforschen. Er verweist auf das Thema mit einem Strahl wie ein von Flugzeit und arbeitet mit einer Kamera auf um den Punkt zu bestimmen. Abhängig von der Entfernung zur Oberfläche erscheint der Punkt an einer anderen Stelle in das Sichtfeld der Kamera. Diese Technik heißt Triangulation, weil der Punkt-Laser, die Kamera und den Lasersender ein Dreieck bilden. Die Länge einer Seite des Dreiecks ist der Abstand zwischen der Kamera und der Lasersender bekannt.
Der Winkel auf der Seite der Lasersender ist auch bekannt.

Der Winkel an der Seite der Kamera kann bestimmt werden, indem Sie den Speicherort des den Laserpunkt in das Sichtfeld der Kamera betrachten. Diese drei Daten bestimmen die Form und die Abmessungen des Dreiecks und geben die Position des Laserpunktes. In den meisten Fällen eines Lasers anstelle einer Periode Band, scannt das Objekt um den Erwerb zu beschleunigen. Des nationalen Rats für Forschung gehörte Kanada zu den ersten Institute eine basierend auf Triangulation in 19782 Scan-Technologie zu entwickeln.








In einem Conoscopic-System ist ein Laserstrahl auf eine Fläche projiziert.
In einem Conoscopic-System ist ein Laserstrahl auf eine Fläche projiziert.

Konoskopischen Holographie


In einem Conoscopic-System, das ein Laserstrahl auf eine Fläche projiziert wird, dann denken durch die gleichen Strahl durchläuft einen doppelbrechenden Kristall und wird auf einem CDD-Sensor gesendet.
Die Häufigkeit der Beugungsmuster kann analysiert und verwendet, um den Abstand zur Oberfläche zu bestimmen. Der Hauptvorteil der konoskopischen Holographie ist Kollinearität, d. h. ein einzigen Strahl (hin-und Rückfahrt) wird benötigt, um die Messung durchzuführen, um zum Beispiel die Tiefe einer Bohrung messen gebohrt fein die durch Triangulation unmöglich ist.









Manuelle Laserscanner erstellen Sie Bilder aus dem Prinzip der Triangulation 3D
Manuelle Laserscanner erstellen Sie Bilder aus dem Prinzip der Triangulation 3D

Hand-scanner


Manuelle Laser Scanner erstellen Bilder 3D aus oben beschriebenen Prinzip der Triangulation : einen Punkt oder eine Laserlinie wird auf ein Objekt mit einem manuellen Gerät projiziert und ein Sensor (in der Regel ein CDD-Sensor oder Position empfindliches Gerät) misst den Abstand zur Oberfläche.


Positionen werden in eine interne Koordinatensystem gespeichert und der Scanner selbst seine verschieben muss gemessen werden. Die Position kann durch den Scanner mit charakteristischen Wahrzeichen auf der Oberfläche (in der Regel von reflektierenden Klebestreifen) gescannt oder mit einem externen Tracking-Methode ermittelt werden. Verantwortlich für diese Kennzeichnung in Form einer Maschine nach Maß dreidimensional mit einer Kamera ausgerüstet kommt das Gerät eingebaut (um die Ausrichtung des Scanners festzulegen) oder als Gerät für Photogrammetrie mit drei oder mehr Kameras, so dass die sechs Freiheitsgrade des Scanners.


Beide Techniken sind in der Regel verwenden Infrarot-Leds, die mit dem Scanner aufgenommen und wahrgenommen werden, von der (Kamera (s) durch die Filter zu sehen, wie sie trotz Grundbeleuchtung.
Die Informationen von einem Computer gesammelt und als die Koordinaten der Punkte im dreidimensionalen Raum mit EDV gespeichert, diese können durch Triangulation in eine Leinwand und dann in ein Computer-Modell, meist in Form von NURBS-Flächen konvertiert werden. Handgeführte Laserscanner kombinierbar mit passiven Empfängern des sichtbaren Lichts -, die die Texturen und Farben - zu erfassen diese Daten wiederherstellen (siehe reverse-Engineering) absolvieren eine Modellierung im 3D Modell.










Strukturierte 3D Scanner projizieren ein helles Muster auf das Thema
Strukturierte 3D Scanner projizieren ein helles Muster auf das Thema

Strukturierte Lichttaster


Strukturierte 3D Scanner projizieren ein helles Muster auf das Thema und die Verformung zu beobachten. Das Muster kann in einer oder zwei Dimensionen sein.

Beispiel für eine Linie als eindimensionale Grund. Es wird auf das Thema mit einem LCD-Projektor oder Laser projiziert. A leicht versetzt die Projektor-Kamera, zeichnet seine möglichen Verformung. Eine ähnliche Triangulation Technik dient zur Berechnung der Entfernung, und daher die Position der Punkte, die. Boden fegt das Sichtfeld um ein paar zu einem Zeitpunkt, Informationen über die Distanzen zu retten.

Jetzt nehmen Sie wir das Beispiel eines Rasters oder streifenförmige Muster. Eine Kamera wird verwendet, um die Verformungen aufnehmen und ein komplexes Computerprogramm wird verwendet, um die Abstände der Punkte, aus denen dieser Boden zu berechnen. Die Komplexität ist aufgrund der Mehrdeutigkeit. Nehmen Sie eine Gruppe von vertikalen Streifen horizontal fegt ein Thema. Im einfachsten Fall die Analyse basiert auf der Annahme, dass die Reihenfolge der Bands von links nach rechts sichtbar den Bild projizierten Laser so passt, dass das Bild der Band der ganz links die erste Laserprojektion ist, das folgende ist die zweite und so weiter.

Bei nicht-Triviales Zielen mit Löchern, einige Gefäßverschlüsse, schnelle tiefe Veränderungen ist die Reihenfolge jedoch unbedingt überprüft, dass Bänder oft versteckt sind und können sogar in einer anderen Reihenfolge, wodurch eine Mehrdeutigkeit in den Bands Laser erscheinen.

Dieses Problem wurde vor kurzem durch eine fortschrittliche Technologie namens behoben Multistripe laser Triangulation (MLT). Die strukturierten leichten 3D-Scannen ist immer noch ein aktives Gebiet der Forschung, was zu einer Reihe von Publikationen pro Jahr.

Das Highlight der strukturierten leichten 3D Scanner ist Geschwindigkeit. Statt einen Punkt gleichzeitig scannen, Scannen sie das gesamte Sichtfeld zur gleichen Zeit. Dies begrenzt oder ganz eliminiert Verzerrungen Probleme im Zusammenhang mit der Bewegung. Bestehenden Systeme sind in der Lage, Objekte in Bewegung in Echtzeit zu scannen. Vor kurzem haben Song Zhang und Peisen Huang von der Stony Brook University einen Scan auf die Fliege mit einer digitalen Fringe-Projektion und eine modulierte Phase-Technik (eine andere strukturierte leichte Methode) entwickelt.
Dieses System ist in der Lage zu erfassen, neu erstellen und wiederherstellen die Details von Objekten, die Verformung in der Zeit (als ein Gesichtsausdruck) bei einer Frequenz von 40 Bildern pro Sekunde.









Das modulierte Licht 3D-Scanner beleuchten das Thema mit einem wechselnden Licht
Das modulierte Licht 3D-Scanner beleuchten das Thema mit einem wechselnden Licht

Modulierte Lichttaster


Das modulierte Licht 3D-Scanner beleuchten das Thema mit einem wechselnden Licht. In der Regel hat die Lichtquelle einen Zyklus, dessen Amplitude eine sinusförmige Muster beschreibt. Eine Kamera erkennt reflektiertes Licht, misst die Bedeutung von deren Variation und feststellt, dass zurückgelegte Distanz das Licht hat.
Das modulierte Licht ermöglicht auch den Scanner, die Quelle des Lichts als ein Laser, zu ignorieren, so dass keine Interferenzen.









Die passive berührungslose 3D-Scanner basieren auf dem Nachweis von reflektierte Umgebungsstrahlung
Die passive berührungslose 3D-Scanner basieren auf dem Nachweis von reflektierte Umgebungsstrahlung

Scanner berührungslos passive


Passive Scanner berührungslos, wird jede Art von Strahlung, Ausgabe basieren auf dem Nachweis von reflektierte Umgebungsstrahlung. Die meisten Scanner dieses Typs erkennen sichtbares Licht, weil es sofort verfügbar ist. Andere Arten von Strahlung, wie Infrarot kann auch verwendet werden. Passive Methoden können billig sein, weil in den meisten Fällen sie bestimmte Sendung Gerät benötigen.









Die stereoskopische 3D Scanner mit zwei Video-Kameras
Die stereoskopische 3D Scanner mit zwei Video-Kameras

Stereoskopische Scanner


Stereoskopische Systeme in der Regel zwei Kameras Videos, leicht auseinander, zeigt die gleiche Szene. Durch die Analyse der leichte Unterschiede zwischen den Bildern der beiden Geräte, ist es möglich, die Entfernung von jedem Punkt des Bildes zu bestimmen. Diese Methode basiert auf der Vision stereoskopische humaine5.









Diese Arten von 3D Scannern verwenden Sie Konturen erstellt aus einer Abfolge von Fotos, um ein Objekt in drei Dimensionen
Diese Arten von 3D Scannern verwenden Sie Konturen erstellt aus einer Abfolge von Fotos, um ein Objekt in drei Dimensionen

Silhouette-Scanner


Diese Arten von 3D Scannern verwenden Sie Konturen aus einer Abfolge von Fotos, um ein Objekt dreidimensional vor einem kontrastierenden Hintergrund erstellt. Diese Silhouetten sind losgelöst von ihrer Herkunft und an der Position der Drehachse der Kamera, um einem \visuellen Rumpf\ eine Annäherung an das Objekt bilden zueinander montiert. Mit dieser Art von Techniken werden allerlei Konkavität des Objekts - wie das Innere einer Schüssel - nicht erkannt.


Scanner, um die Hilfe des Benutzers
Es gibt andere Methoden, basierend auf Erkennung und Identifizierung unterstützt die Nutzereigenschaften und bildet eine Reihe von verschiedenen Bildern eines Objekts, die es ermöglichen, um eine Annäherung an es zu konstruieren. Diese Art von Technik ist nützlich, um eine Annäherung an ein Objekt bestehend aus einfachen Formen wie Gebäude schnell zu erreichen. Verschiedene kommerzieller Software sind in der Lage, als iModeller, D-Sculptor ou RealViz-ImageModeler.

Diese Arten von 3D Scannern basieren auf den Prinzipien der Photogrammetrie. Irgendwie sie stattdessen eine Methode ähnlich wie Panorama-Fotografie, mit diesem, Bilder von einem festen Punkt, ein Panorama zu nehmen zu nehmen, eine Reihe von Bildern von verschiedenen Punkten stammt aus einem festen Gegenstand zu replizieren.

Modellierung von Daten, die vom scanner
Die Wolken produziert von 3D Scannern Punkte sind oft nicht verwendbar als was. Die meisten Anwendungen nicht direkt verwenden, sondern anstelle eines 3D Modells. Das bedeutet zum Beispiel im Zusammenhang mit einer 3D polygonalen Modellierung zur Bestimmung und benachbarten Punkte zu verbinden, um eine kontinuierliche Oberfläche erstellen. Eine große Anzahl von Algorithmen sind für diese Arbeit zur Verfügung (z.B.) photomodeler, imagemodel).