Een driedimensionale scanner is een aanwinst voor scannen en 3D
Een driedimensionale scanner is een aanwinst voor scannen en 3D

3D-scanner


Een driedimensionale scanner is een apparaat dat analyseert de objecten of hun directe omgeving voor het verzamelen van specifieke informatie op het formulier en eventueel op het uiterlijk (kleur, textuur) van deze. De verzamelde gegevens kunnen vervolgens worden gebruikt om te bouwen van CGI driedimensionale (digitale objecten) voor diverse doeleinden.

Deze apparaten worden veel gebruikt door de industrie van entertainment voor films of video games. Digitale beelden van gescande objecten in 3D worden ook gebruikt voor industriële vormgeving, het ontwerp van prothesen, reverse-engineering, voor kwaliteitscontrole (digital repository) of de documentatie van cultuurgoederen.

Sans-contactpersonen scanners kunnen worden onderverdeeld in twee hoofdcategorieën, actieve en passieve scanners. Zij zijn zelf in vele subcategorieën op basis van hun technologische principe.







Deze scanner kan worden gebruikt voor het scannen van gebouwen
Deze scanner kan worden gebruikt voor het scannen van gebouwen

Scanner door vluchttijd


Deze Lidar scanner kan worden gebruikt voor het scannen van gebouwen, geologische formaties, etc. om een model in drie dimensies te produceren. De straal is instelbaar over een zeer ruime horizon: dankzij de horizontale rotatie van het hoofd, een spiegel regisseert het verticaal. De laserstraal wordt gebruikt voor het meten van de afstand met de eerste object snijden lichtbundel


De 3D-Lidar-scanner is een actief apparaat dat gebruikmaakt van een laserstraal sonde van het onderwerp. De kern van dit soort scanner is een laser-afstandsmeter bepalen de afstand van het oppervlak van het object door het tellen van de tijd die nodig is voor de terugkeer van de pols van de teruggekaatste laserstraal bestudeerd.

Omdat de snelheid van licht c bekend, reisde de round-trip tijd om de afstand te bepalen door licht, dat tweemaal de afstand tussen de scanner en het oppervlak is. De nauwkeurigheid van de scanner door de tijd van de vlucht is natuurlijk afhankelijk van de nauwkeurigheid van de meting van de terugkeer tijd t, wetende dat 3.3 picoseconds is ongeveer de tijd die licht om te reizen van één millimeter.


De laser-afstandsmeter detecteert slechts één punt tegelijk in de richting die hij wijst. Dit, het apparaat scant alle zijn gezichtsveld puntsgewijs en elke maatregel moet wijzigen in de richting van weergave. Het kan worden gewijzigd door de draaiing van de camera zelf of met behulp van een systeem van roterende spiegels. Deze laatste methode is de meest gebruikte omdat spiegels lichter zijn en richting sneller met meer precisie kunnen wijzigen.
Tijd van de vlucht 3D scanners kan meet de afstand van 10 000 tot 100 000 punten per seconde.









De scanner straalt een laserstraal, die in contact met het object, wordt weerspiegeld op de laserscanner
De scanner straalt een laserstraal, die in contact met het object, wordt weerspiegeld op de laserscanner

Scanner door faseverschuiving


Een andere technologie gebruikt door laserscanners om afstanden te meten is de mate van faseverschuiving. De scanner straalt een laserstraal, die in contact met het object, wordt weerspiegeld op de laserscanner. De golflengte van de laser-emissie is afhankelijk van de provider. De spiegel van de scanner retourneert de laserstraal verticaal naar hetzelfde object. De verticale hoek wordt gecodeerd op hetzelfde moment als de afstandsmeting.


De laserscanner draait 360 ° op zich in het horizontale vlak. De horizontale hoek wordt tegelijkertijd met de afstandsmeting berekend. De afstand en de hoek verticale en horizontale geven een polar-coördinaat (δ, α, β) die wordt omgezet in cartesische coördinaten (x, y, z). Sommige laserscanners gebruiken de fase verschuiving meettechnologie voor het meten van de afstand tot een oppervlak. Het apparaat projecten een infrarood laserstraal die keert terug naar de scanner door reflectie. De afstand tot de dichtstbijzijnde millimeter wordt berekend door het analyseren van de faseverschuiving tussen de uitgestraalde lichtbundel en ontvangen straal.
De laser van een bekende sinusgolf wordt uitgezonden door een laserbron.


Het is het 'licht'. Sommige van de laserstraal wordt weerspiegeld van het doel naar de bron. Heet \achtergrondverlichting\. De fase van deze \achtergrondlicht\ wordt vergeleken met dat van het licht bekend uitgezonden om de 'lichte geschiedenis'. Het verschil tussen de twee bergtoppen heet \faseverschuiving\. De faseverschuiving verkregen komt overeen met 2π x vluchttijd x de frequentie modulatie. Fase verschuiving scanners zijn meestal sneller en nauwkeuriger dan 3D in tijd van vlucht laserscanners, maar ze hebben een kleinere scope.









De laser-triangulatie-scanner is een actieve scanner die gebruik laser licht om te sonderen zijn omgeving
De laser-triangulatie-scanner is een actieve scanner die gebruik laser licht om te sonderen zijn omgeving

Door triangulatie scanner


Beginsel van een detector met behulp van laser-triangulatie. Twee posities van het object worden weergegeven.

De laser-triangulatie-scanner is een actieve scanner die ook gebruik laser licht om te sonderen zijn omgeving. Hij verwijst naar het onderwerp met een lichtbundel wat betreft een door vluchttijd en gebruik maakt van een camera te vinden van het punt. Afhankelijk van de afstand tot een oppervlak lijkt de punt op een andere plek in het gezichtsveld van de camera. Deze techniek heet triangulatie, omdat de laser punt, de camera en de emitter laser een driehoek vormen. De lengte van een zijde van de driehoek, de afstand tussen de camera en de borstband van de laser is bekend.
De hoek aan de zijkant van de laser-zender is ook bekend.

De hoek aan de zijkant van de camera kan worden bepaald door te kijken naar de locatie van de stip van de laser in het gezichtsveld van de camera. Deze drie gegevens bepalen de vorm en de afmetingen van de driehoek en geven de positie van de laser punt. In de meeste gevallen, een laser in plaats van een periode band, scant het object om te versnellen het proces van de overname. De nationale Raad voor onderzoek Canada behoorde tot de eerste instituten om een technologie voor scan op basis van triangulatie in 19782 te ontwikkelen.








In een conoscopic systeem wordt een laserstraal geprojecteerd op een oppervlak
In een conoscopic systeem wordt een laserstraal geprojecteerd op een oppervlak

Conoscopic holografie


In een conoscopic systeem die een laserstraal wordt geprojecteerd op een oppervlak, dan denken door de dezelfde lichtbundel passeert een birefringent kristal en wordt verzonden op een CDD-sensor.
De frequentie van diffractie patronen kan worden geanalyseerd en gebruikt om te bepalen van de afstand tot het oppervlak. Het belangrijkste voordeel van conoscopic holografie is collineariteit, dat wil zeggen een één straal (heen-en terugreis) is nodig voor het uitvoeren van de meting, voor het meten van bijvoorbeeld de diepte van een gat geboord fijn wat onmogelijk door triangulatie is.









Handmatige laserscanners maken beelden van het beginsel van triangulatie 3D
Handmatige laserscanners maken beelden van het beginsel van triangulatie 3D

Handmatige scanner


Handmatige laser scanners maken 3D beelden van het beginsel van de triangulatie hierboven beschreven: een punt of een regel van laser wordt geprojecteerd op een object met behulp van een manueel mechanisme en een sensor (typisch een CDD sensor of positie gevoelige apparaat) meet de afstand tot het oppervlak.


Posities worden opgeslagen in een interne coördinatensysteem en de scanner zelf haar positie wordt verplaatst moet worden gemeten. Het standpunt kan worden bepaald door de scanner karakteristieke bezienswaardigheden op de oppervlakte wordt gescand (typisch van zelfklevende reflecterende strips) of met behulp van een externe tracking-methode gebruiken. De eenheid die verantwoordelijk is voor deze identificatie in de vorm van een Machine te meten driedimensionaal uitgerust met een camera komt verwerkt (de afdrukstand van de scanner instellen) of als een apparaat voor de fotogrammetrie met behulp van drie of meer camera's zodat de zes graden van vrijheid van de scanner.


Beide technieken de neiging om gebruik infrarood LED's opgenomen op de scanner en die worden waargenomen door de (camera (s) door de filters om ze te zien ondanks omgevingslicht.
De informatie wordt verzameld door een computer en opgeslagen als de coördinaten van punten in de driedimensionale ruimte, met behulp van de computerverwerking, dit kunnen worden omgezet door triangulatie in een doek en vervolgens in een computermodel, meestal in de vorm van NURBS oppervlakken. Hand-held-laserscanners met deze gegevens kunnen combineren met passieve ontvangers van zichtbaar licht - die de texturen en kleuren - tot record weergeven (Zie reverse-engineering) volslagen een modellering in 3D-model.










Gestructureerde lichte 3D-scanners project een heldere patroon op het onderwerp
Gestructureerde lichte 3D-scanners project een heldere patroon op het onderwerp

Gestructureerde lichte scanner


Gestructureerde lichte 3D-scanners project een heldere patroon op het onderwerp en te observeren de vervorming. Het patroon kan worden in één of twee dimensies.

Voorbeeld van een regel als een eendimensionale grond. Het is geprojecteerd op het onderwerp met behulp van een LCD-projector of laser. A enigszins compenseren de projector camera, registreert zijn mogelijk vervorming. Een soortgelijk aan triangulatie techniek wordt gebruikt voor het berekenen van de afstand, en dus de positie van de punten vertegenwoordigt. Grond veegt het gezichtsveld om te redden van een bos op een moment, informatie over afstanden.

Neem nu het voorbeeld van een raster of strip-vormige patroon. Een camera wordt gebruikt om vast te leggen van de vervormingen en een complex computerprogramma wordt gebruikt voor het berekenen van de afstanden van de punten die deel uitmaken van die grond. De complexiteit is te wijten aan de dubbelzinnigheid. Een groep van verticale strepen, vegen horizontaal een onderwerp nemen. In het eenvoudigste geval, de analyse is gebaseerd op de veronderstelling dat de volgorde van de bands zichtbaar van links rechts komt overeen met de afbeelding van de geprojecteerde laser op zodanige wijze dat het imago van de band de meest linkse de eerste laser projectie is, de volgende is de tweede, enzovoort.

In het geval van niet-triviales doelen met gaten, sommige occlusie, snelle diepte wijzigingen, echter is de volgorde noodzakelijkerwijs geverifieerd dat bands vaak verborgen zijn en zelfs in een andere volgorde lijkt, die aanleiding geven tot een dubbelzinnigheid in de banden-lasers.

Dit specifieke probleem is onlangs opgelost door een geavanceerde technologie genaamd Multistripe laser Triangulation (MLT). Het gestructureerde lichte 3D scannen is nog steeds een actief gebied van onderzoek, die aanleiding geven tot een aantal publicaties per jaar.

Het hoogtepunt van de gestructureerde lichte 3D scanners is snelheid. In plaats van een punt tegelijk scannen, scannen ze de gehele gezichtsveld op hetzelfde moment. Dit beperkt of elimineert vervorming problemen in verband met het verkeer. Bestaande systemen zijn in staat om te scannen objecten in beweging in real-time. Onlangs, lied Zhang en Peisen Huang van Stony Brook University hebben ontwikkeld een scan op het vliegen met behulp van een digitale fringe projectie en een gemoduleerde fase techniek (een andere gestructureerde licht methode).
Dit systeem is in staat om te vangen, te herbouwen en te herstellen van de details voor objecten vervormen in tijd (als een gelaatsuitdrukking) met een frequentie van 40 beelden per seconde.









Het gemoduleerde lichte 3D-scanners belichten het onderwerp met behulp van een veranderende licht
Het gemoduleerde lichte 3D-scanners belichten het onderwerp met behulp van een veranderende licht

Gemoduleerde lichte scanner


Het gemoduleerde lichte 3D-scanners belichten het onderwerp met behulp van een veranderende licht. Meestal heeft de lichtbron een cyclus waarvan amplitude een sinusoïdale patroon beschrijft. Een camera gereflecteerde licht detecteert, maatregelen van het belang van de variatie en bepaalt u dat de afstand het licht heeft afgelegd.
Het gemoduleerde licht kunt ook de scanner te negeren van de bron van licht dan een laser, zodat er geen interferentie is.









De passieve contactloze 3D-scanners zijn gebaseerd op de detectie van gereflecteerde ambient straling
De passieve contactloze 3D-scanners zijn gebaseerd op de detectie van gereflecteerde ambient straling

Scanner zonder contact passieve


Passieve scanners zonder contact, wordt elk type straling, afgifte zijn gebaseerd op de detectie van gereflecteerde ambient straling. De meeste scanners voor dit type detecteren zichtbaar licht, want het is onmiddellijk beschikbaar. Andere vormen van straling, zoals infrarood kan ook worden gebruikt. Passieve methoden kunnen worden goedkoop, omdat in de meeste gevallen ze apparaat specifieke Toon niet vereisen.









De stereoscopische 3D scanners met behulp van twee video camera 's
De stereoscopische 3D scanners met behulp van twee video camera 's

Stereoscopische scanners


Stereoscopische systemen meestal twee camera's video's, iets uit elkaar, wijzend naar de dezelfde scène. Door het analyseren van de kleine verschillen in de beelden van de twee apparaten, is het mogelijk om de afstand van elk punt in de afbeelding te bepalen. Deze methode is gebaseerd op de visie stereoscopische humaine5.









Deze soorten 3D-scanners gebruiken overzichten gemaakt op basis van een reeks van foto's genomen rond een object in drie dimensies
Deze soorten 3D-scanners gebruiken overzichten gemaakt op basis van een reeks van foto's genomen rond een object in drie dimensies

Silhouet scanners


Deze soorten 3D-scanners gebruiken overzichten gemaakt op basis van een reeks van foto's genomen rond een object in drie dimensies tegen een contrasterende achtergrond. Deze silhouetten zijn los van hun achtergrond en geassembleerd met elkaar op de locatie van de rotatieas van de camera om te vormen van een \visuele hull\ een onderlinge aanpassing van het object. Met dit soort technieken worden allerlei uitholling van het object - als de binnenkant van een bowl - niet gedetecteerd.


Scanners zoeken de hulp van de gebruiker
Er zijn andere methoden, gebaseerd op de detectie en identificatie bijgestaan de gebruiker kenmerken en vormen een reeks van verschillende afbeeldingen van een object, waardoor voor de bouw van een onderlinge aanpassing van het. Dit soort technologie is handig om snel een benadering van een object is samengesteld uit eenvoudige shapes zoals gebouwen. Diverse commerciële software zijn geschikt als iModeller, D-Sculptor ou RealViz-ImageModeler.

Deze soorten 3D-scanners zijn gebaseerd op de beginselen van fotogrammetrie. Een of andere manier zij gebruiken een methodologie Panorama fotografie, vergelijkbaar met dit om beelden vanaf een vast punt om een panorama te nemen, een reeks van beelden op verschillende punten is ontleend aan een vast object te repliceren.

Modellering van de gegevens die zijn verzameld door de scanner
De wolken van punten geproduceerd door 3D-scanners zijn vaak niet bruikbaar als wat. De meeste toepassingen niet rechtstreeks gebruiken, maar gebruik in plaats van een 3D-model. Dit betekent dat bijvoorbeeld in het kader van een polygonal modelleren om te bepalen en het koppelen van de aangrenzende punten om uit te maken van een continu oppervlak 3D. Een groot aantal algoritmen zijn beschikbaar voor dit werk (bijvoorbeeld photomodeler, imagemodel).