Un escáner tridimensional es una adquisición 3D y análisis
Un escáner tridimensional es una adquisición 3D y análisis

Escáner 3D


Un escáner tridimensional es un aparato que analiza los objetos o su entorno inmediato para reunir información específica sobre la forma y posiblemente sobre la apariencia (color, textura) de estos. Los datos recogidos pueden utilizarse entonces para crear CGI (digitales objetos tridimensionales) para los varios propósitos.

Estos dispositivos se utilizan mucho en la industria de entretenimiento para películas o juegos de video. También se utilizan imágenes digitales de los objetos escaneados en 3D para diseño industrial, diseño de prótesis, invertir la ingeniería, control de calidad (depósito digital) o para la documentación de bienes culturales.

Los escáneres contacto pueden subdividirse en dos categorías principales, escáneres activos y pasivos. Ellos mismos son en muchas subcategorías basados en su principio tecnológico.







Este escáner permite escanear edificios
Este escáner permite escanear edificios

Analizador de tiempo de vuelo


Este escáner Lidar puede utilizarse para análisis de edificios, formaciones geológicas, etc. con el fin de producir un modelo en tres dimensiones. Su radio es ajustable en un horizonte muy amplio : gracias a la rotación horizontal de la cabeza, un espejo dirige verticalmente. El rayo láser se utiliza para medir la distancia con la primera viga de corte de objeto


El escáner Lidar 3D es un dispositivo activo que utiliza un rayo láser para sondear al tema. En el corazón de este tipo de escáner es un telémetro láser para determinar la distancia de la superficie del objeto estudiado contando el tiempo requerido para el retorno del pulso del rayo laser reflejado.

Debido a que la velocidad de la luz c, el tiempo de respuesta para determinar la distancia viajó por la luz, que es dos veces la distancia entre el escáner y la superficie. Por supuesto, la precisión del escáner por tiempo de vuelo depende de la precisión de la medición del tiempo de retorno t, sabiendo que 3,3 picosegundos es aproximadamente el tiempo de luz para viajar de un milímetro.


El telémetro láser detecta solamente un punto a la vez en la dirección que está apuntando. Para ello, el dispositivo escanea todo su campo de vista punto por punto y debe cambiar su sentido de la vista a cada medida. Puede ser cambiado por la rotación de la cámara en sí o mediante un sistema de rotación de los espejos. Este último método es el más comúnmente usado porque los espejos son más ligeros y pueden cambiar de dirección más rápidamente con más precisión.
Tiempo de los escáneres 3D de vuelo puede medir la distancia desde 10 000 hasta 100 000 puntos por segundo.









El escáner emite un rayo láser, que, en contacto con el objeto, se refleja en el escáner láser
El escáner emite un rayo láser, que, en contacto con el objeto, se refleja en el escáner láser

Escáner por desplazamiento de fase


Otra tecnología utilizada por escáneres láser para medir distancias es la medida del desplazamiento de fase. El escáner emite un rayo láser, que, en contacto con el objeto, se refleja en el escáner láser. La longitud de onda de la emisión del láser varía según el proveedor. El espejo del escáner devuelve el rayo láser verticalmente hacia el mismo objeto. El ángulo vertical está codificado en el mismo tiempo que la medición de distancia.


El escáner láser gira 360 ° sobre sí mismo en la horizontal. El ángulo horizontal se calcula simultáneamente con la medición de distancia. La distancia y el ángulo vertical y horizontal dan una coordenada polar (α, δ, β) que se convierte en coordenadas cartesianas (x, y, z). Algunos escáneres de láser utilizan la tecnología de medición de cambio de fase para medir la distancia a una superficie. El dispositivo proyecta un rayo láser infrarrojo que devuelve al escáner por la reflexión. Calcula la distancia al milímetro más cercano analizando el desplazamiento de fase entre la viga emitida y recibida radio.
El láser de una onda senoidal conocido es emitido por una fuente de láser.


Es la 'luz'. Algunas del haz láser se refleja del destino de la fuente. Se llama \luz trasera\. La fase de esta \luz trasera\ es comparada con el que de la luz emitida conocido para determinar la 'historia de la luz'. La diferencia entre los dos picos se llama \cambio de fase\. El desplazamiento de fase obtenido corresponde a 2π x hora x la frecuencia de modulación. Escáneres de cambio de fase son generalmente más rápidos y más precisos que 3D en vez de escáneres láser de vuelo, pero tienen un alcance menor.









El escáner láser de triangulación es un escáner activo que usa láser luz para su entorno
El escáner láser de triangulación es un escáner activo que usa láser luz para su entorno

Por explorador de la triangulación


Principio de la utilización de un detector láser de triangulación. Se muestran dos posiciones del objeto.

El escáner láser de triangulación es un escáner activo que también utiliza la luz laser para sondar su entorno. Puntos el tema con un rayo en cuanto a uno por hora y utiliza una cámara para localizar el punto. Dependiendo de la distancia a una superficie, el punto aparece en un lugar diferente en el campo de visión de la cámara. Esta técnica se llama triangulación porque el punto láser, la cámara y el emisor del láser forman un triángulo. La longitud de un lado del triángulo, se conoce la distancia entre la cámara y el transmisor láser.
Se conoce también el ángulo en el lado del transmisor láser.

El ángulo en el lado de la cámara puede determinarse observando la ubicación del punto láser en el campo de visión de la cámara. Estos tres datos determinan la forma y las dimensiones del triángulo y dan la posición del punto láser. En la mayoría de los casos, un láser en lugar de una banda de época, escanea el objeto para acelerar el proceso de adquisición. El Consejo Nacional de investigación Canadá fue uno de los primeros institutos para desarrollar una tecnología de escaneo basado en triangulación en 19782.








En un sistema conoscópica un rayo láser se proyecta sobre una superficie
En un sistema conoscópica un rayo láser se proyecta sobre una superficie

Holografía conoscópica


En un sistema de conoscópica que un rayo láser se proyecta sobre una superficie, entonces el pensamiento a través de la misma viga pasa a través de un cristal birrefringente y es enviado a un sensor CDD.
La frecuencia de los patrones de difracción se puede analizar y permite determinar la distancia a la superficie. La principal ventaja de la holografía conoscópica es colinealidad, es decir, una sola viga (ida y vuelta) es necesaria para realizar la medición medir por ejemplo la profundidad de un agujero perforado finalmente que es imposible por triangulación.









Escáneres láser manual crean imágenes desde el principio de triangulación 3D
Escáneres láser manual crean imágenes desde el principio de triangulación 3D

Escáner manual


Manual láser escáneres de crean imágenes 3D desde el principio de triangulación descrito anteriormente : un punto o una línea láser se proyecta sobre un objeto usando un dispositivo manual y un sensor (por lo general un CDD sensor o posición dispositivo sensible) mide la distancia a la superficie.


Posiciones se guardan en un sistema de coordenadas interno y se medirá el explorador sí mismo se mueve a su posición. La posición se puede determinar por el analizador utilizando puntos de referencia característicos sobre la superficie se está escaneando (típicamente de tiras adhesivas reflectantes) o utilizando un método de seguimiento externo. La unidad responsable de esta identificación viene bajo la forma de una máquina de medir tridimensional equipada con una cámara incorporada (para establecer la orientación del escáner) o como un dispositivo para la fotogrametría con tres o más cámaras que permite seis grados de libertad del escáner.


Ambas técnicas suelen usar leds infrarrojos incorporados al escáner que son percibidos por el (cámara (s) a través de los filtros para ver a pesar de la iluminación ambiental.
La información es recogida por un equipo y guarda como las coordenadas de puntos en un espacio tridimensional, mediante procesamiento de la computadora, estos se pueden convertir mediante triangulación en un lienzo y luego en un modelo de ordenador, más a menudo en forma de superficies NURBS. Escáneres de mano del laser pueden combinar estos datos con receptores pasivos de la luz visible - que registran las texturas y colores - de restauración (ver ingeniería inversa) completar un modelado en modelo 3D.










Escáneres 3D luz estructurados del proyecto un patrón brillante sobre el tema
Escáneres 3D luz estructurados del proyecto un patrón brillante sobre el tema

Escáner de luz estructurada


Escáneres 3D luz estructurados del proyecto un patrón brillante sobre el tema y observar la deformación. El patrón puede ser en una o dos dimensiones.

Ejemplo de una línea como una tierra unidimensional. Se proyecta sobre el tema utilizando un proyector LCD o láser. A ligeramente compensado la cámara proyector, registra su posible deformación. Se utiliza una técnica similar a la triangulación para calcular la distancia y por lo tanto la posición de los puntos que representan. Tierra arrasa en el campo de visión para ahorrar un montón a la vez, información sobre distancias.

Ahora tomemos el ejemplo de un grid o un patrón en forma de tira. Se utiliza una cámara para registrar las deformaciones y un programa informático complejo se utiliza para calcular las distancias de los puntos que componen ese suelo. La complejidad es debido a la ambigüedad. Llevar a un grupo de rayas verticales barrer horizontalmente un tema. En el caso más simple, el análisis se basa en la presunción que la secuencia de bandas visibles de izquierda derecha coincide con la imagen de láser proyectado de tal manera que la imagen de la banda de la izquierda es la primera proyección de láser, lo que sigue es la segunda y así sucesivamente.

En el caso de objetivos no triviales con agujeros, algunas obstrucciones, cambios rápidos de profundidad, sin embargo, la orden es necesariamente verificar que bandas están a menudo ocultos y pueden incluso aparecer en un orden diferente, dando lugar a una ambigüedad en los láseres de bandas.

Este problema específico se ha resuelto recientemente por una tecnología avanzada llamada Multistripe laser Triangulation (MLT). La digitalización 3D luz estructurada sigue siendo un área activa de investigación, dando lugar a una serie de publicaciones cada año.

El punto culminante de los escáneres 3D de luz estructurados es velocidad. En vez de análisis de un punto a la vez, analizar el campo entero de visión al mismo tiempo. Esto limita o elimina los problemas de distorsión relacionada con el movimiento. Los sistemas existentes son capaces de escanear objetos en movimiento en tiempo real. Recientemente, la canción Zhang Peisen Huang de la Universidad de Stony Brook ha desarrollado un análisis sobre la marcha usando una proyección digital franja y una técnica de modulación de fase (otro método luz estructurada).
Este sistema es capaz de capturar, reconstruir y restaurar los detalles de objetos, deformación en el tiempo (como una expresión facial) con una frecuencia de 40 fotogramas por segundo.









Los escáneres 3D de luz modulados iluminan al tema con una luz cambiante
Los escáneres 3D de luz modulados iluminan al tema con una luz cambiante

Escáner de luz modulada


Los escáneres 3D de luz modulados iluminan al tema con una luz cambiante. Generalmente, la fuente de luz tiene un ciclo cuya amplitud describe un patrón sinusoidal. Una cámara detecta la luz reflejada, mide la importancia de su variación y determina que la distancia de la luz ha viajado.
La luz modulada también permite al analizador de ignorar la fuente de luz que no sea un láser, para que no haya interferencias.









El pasivos escáneres 3D sin contacto se basan en la detección de la radiación reflejada del ambiente
El pasivos escáneres 3D sin contacto se basan en la detección de la radiación reflejada del ambiente

Escáner sin contacto pasivo


Pasivos escáneres sin contacto, que emitir cualquier tipo de radiación, se basan en la detección de la radiación reflejada del ambiente. Mayoría de los exploradores de este tipo detecta luz visible porque está inmediatamente disponible. Otros tipos de radiación, como infrarrojo también puede ser utilizado. Métodos pasivos pueden ser baratos, porque en la mayoría de los casos no requieren demostración específica del dispositivo.









Los escáneres 3D estereoscópicos usando dos cámaras de vídeo
Los escáneres 3D estereoscópicos usando dos cámaras de vídeo

Escáneres de estereoscópicos


Videos de cámaras generalmente dos sistemas estereoscópicos, ligeramente separados, apuntando a la misma escena. Analizando las diferencias leves entre las imágenes de los dos dispositivos, es posible determinar la distancia de cada punto en la imagen. Este método se basa en la visión estereoscópica humaine5.









Estos tipos de escáneres 3D utilizan contornos creados a partir de una secuencia de fotos tomadas alrededor de un objeto en tres dimensiones
Estos tipos de escáneres 3D utilizan contornos creados a partir de una secuencia de fotos tomadas alrededor de un objeto en tres dimensiones

Escáneres de silueta


Estos tipos de escáneres 3D utilizan contornos creados a partir de una secuencia de fotos tomadas alrededor de un objeto tridimensional contra un fondo de contraste. Estas siluetas son separados de su contexto y ensamblados entre sí en la localización del eje de rotación de la cámara para formar un \casco Visual\ una aproximación del objeto. Con este tipo de técnicas no se detecta todo tipo de concavidad del objeto - como el interior de un recipiente.


Exploradores que buscan la ayuda del usuario
Hay otros métodos, basados en la detección e identificación asistida por las características del usuario y forma una serie de imágenes diferentes de un objeto, que permiten construir una aproximación de él. Este tipo de tecnología es útil para alcanzar rápidamente una aproximación de un objeto compuesto de formas simples como edificios. Diversos programas de software comercial son capaces como iModeller, D-Sculptor ou RealViz-ImageModeler.

Estos tipos de escáneres 3D se basan en los principios de la fotogrametría. De alguna forma utilizan una metodología similar a la fotografía panorámica, con esto en lugar de tomar imágenes de un punto fijo para tomar un panorama, una serie de imágenes desde distintos puntos se toma de un objeto fijo para replicarlo.

Modelado de datos recogidos por el escáner
Las nubes de puntos producidas por escáneres 3D a menudo no son utilizables como lo. Mayoría de las aplicaciones no utilizar directamente, sino utiliza en lugar de un modelo 3D. Esto significa por ejemplo en el contexto de una poligonal para determinar y para conectar los puntos adyacentes para crear una superficie continua de modelado en 3D. Un gran número de algoritmos está disponible para este trabajo (por ejemplo, photomodeler, imagemodel).