Un scaner tridimensional este o achizitie de scanare şi 3D
Un scaner tridimensional este o achizitie de scanare şi 3D

Scaner 3D


Un scaner tridimensional este un dispozitiv care analizează obiectele sau mediul lor imediat, pentru a aduna informaţii specifice pe forma şi, eventual, pe aspectul (culoare, textura) dintre acestea. Datele colectate pot fi apoi folosite pentru a construi CGI (digital obiecte tridimensionale) pentru diverse scopuri.

Aceste dispozitive sunt mult folosite de industria de divertisment pentru filme sau jocuri video. Imagini digitale de obiecte scanate în 3D sunt de asemenea folosite pentru design industrial, proiectare proteze, inversă ingineria, pentru controlul calității (digital repository) sau pentru documentaţia de bunuri culturale.

Scanere Sans-persoane de contact pot fi subdivizate în două categorii principale, scanere activ şi pasiv. Acestea sunt ele însele în mai multe subcategorii bazate pe principiul tehnologic.







Acest scaner poate fi folosit pentru a scana clădiri
Acest scaner poate fi folosit pentru a scana clădiri

Scaner de zbor timp


Acest scaner Lidar poate fi folosit pentru a scana clădiri, formaţiuni geologice, etc. pentru a produce un model în trei dimensiuni. RAZA sa este reglabilă peste un orizont foarte larg: vă mulţumim pentru rotaţia orizontală a capului, o oglindă direcţionează l vertical. Raza laser este utilizat pentru a măsura distanţa cu primul fascicul de tăiere obiect


3D Lidar scanerul este un dispozitiv activ, care foloseste un fascicul laser a sonda subiectul. În centrul acestui tip de scaner este un telemetru cu laser pentru a determina distanţa de la suprafaţa obiectului studiat de numărare timpul necesar pentru întoarcerea impulsului fasciculului laser reflectate.

Deoarece viteza luminii c este cunoscut, timp dus-întors pentru a determina distanţa parcursă de lumină, care este de două ori distanţa dintre scanerul şi suprafaţa. Desigur, acuratetea scanerului de timp de zbor depinde de precizia măsurării retur timpul t, ştiind că 3,3 picoseconds e aproximativ timpul de lumină să călătorească un milimetru.


Telemetru laser detectează numai un punct imediat în direcţia este îndreptat. Pentru aceasta, aparatul scanează toate său câmp de vedere punct cu punct şi trebuie să schimbe direcţia de vizualizare pentru fiecare măsură. Acesta poate fi schimbat prin rotaţie de aparatul de fotografiat în sine sau prin utilizarea unui sistem de oglinzi rotative. Aceasta ultima metoda este cel mai frecvent utilizat pentru că oglinzile sunt mai uşoare şi puteţi schimba direcţia mai repede cu mai multă precizie.
Timp de zbor scanere 3D poate măsura distanţa la cu 10 000 la 100 000 de puncte pe secundă.









Scanerul emite un fascicul laser, care, în contact cu obiectul, se reflectă la scaner laser
Scanerul emite un fascicul laser, care, în contact cu obiectul, se reflectă la scaner laser

Scaner de defazajul


O altă tehnologie folosită de scanere cu laser pentru a măsura distanţe este măsura de defazajul. Scanerul emite un fascicul laser, care, în contact cu obiectul, se reflectă la scaner laser. Lungimea de undă de emisie de laser variază în funcţie de furnizor. Oglinda scanerul întoarce raza laser vertical spre acelaşi obiect. Unghiul vertical este codificat în acelaşi timp ca fiind distanţa.


Scaner laser se roteşte la 360 ° pe sine in orizontală. Unghi orizontal se calculează simultan cu măsurarea de la distanţă. Distanţa şi unghiul vertical şi orizontal da o coordonată de polar (δ, α, β) care este transformat în coordonate carteziene (x, y, z). Unele scanere laser folosesc phase shift măsurare tehnologie pentru a măsura distanţa până la o suprafaţă. Dispozitivul de proiecte un fascicul laser infraroșu care revine la scaner de reflecţie. Calculează distanţa de la cel mai apropiat milimetru prin analizarea defazajul între fază emise și primite raza.
Laser de o undă sinusoidală cunoscut este difuzate de o sursă laser.


Acesta este 'lumina'. Unele dintre raza laser este reflectat de la ţintă la sursa. Este numit \înapoi lumina\. Faza de această lumină\spate\ este comparativ că luminii emise cunoscute pentru a determina istoria' lumina'. Diferenţa dintre cele două vârfuri este numit \defazajul\. Defazajul obţinute corespunde 2π x timp de zbor x frecventa de modulare. Scanere de schimbare faza sunt, de obicei, mai repede şi mai precise decât 3D în timp de scanere cu laser de zbor, dar au un domeniu de aplicare mai mic.









Triangulaţie de scanare cu laser este un scanner active care foloseste laser lumina să sonda mediul său
Triangulaţie de scanare cu laser este un scanner active care foloseste laser lumina să sonda mediul său

De triangulaţie scanner


Principiul un detector folosind laser triangulare. Două poziţii ale obiectului sunt afişate.

Triangulaţie de scanare cu laser este un scanner active care, de asemenea, foloseste laser lumina să sonda mediul său. El puncte de la subiectul cu un fascicul în ceea ce priveşte una de timp de zbor şi utilizează un aparat de fotografiat pentru a localiza punctul. În funcţie de distanţa de la o suprafaţă, punctul apare la un alt loc în câmpul de vizibilitate al camerei. Aceasta tehnica se numeste triangulaţie deoarece punctul laser, aparatul de fotografiat şi laser emitator formează un triunghi. Lungime de o latură a triunghiului, distanţa dintre aparat de fotografiat şi transmiţător laser este cunoscută.
Unghi de pe partea laterală a emiţătorului cu laser este de asemenea cunoscut.

Unghiul pe partea de aparatul de fotografiat poate fi determinat de privirea de la locaţia de dot laser în câmpul de vizibilitate al camerei. Aceste trei date determina forma si dimensiuni ale triunghiului şi da poziţia punctului laser. În majoritatea cazurilor, un laser în loc de o bandă de epocă, scanează obiectul pentru a accelera procesul de achizitie. Consiliul Naţional de cercetare Canada a fost printre institutele primul pentru a dezvolta o tehnologie de scanare bazată pe Triangularea în 19782.








Într-un sistem de conoscopic o raza laser este proiectat pe o suprafaţă
Într-un sistem de conoscopic o raza laser este proiectat pe o suprafaţă

Conoscopic holografie


Într-un sistem de conoscopic, o raza laser este proiectat pe o suprafaţă, apoi gândire prin aceeaşi fază trece printr-un cristal birefringent şi este trimis pe un CDD sensor.
Frecvenţa de difracție modele pot fi analizate şi folosite pentru a determina distanta de la suprafata. Principalul avantaj al conoscopic holografie este colinearităţii, adică, o singură grindă (dus-intors) este necesar pentru a efectua măsurătoarea, pentru a măsura de exemplu la adâncimea de o gaură forate fin care este imposibil de triangulare.









Scanere laser manuală a crea imagini de la principiul de triangulaţie 3D
Scanere laser manuală a crea imagini de la principiul de triangulaţie 3D

Manualul scanerului


Manuală cu laser scanere creaţi imagini 3D din principiul de triangulaţie descrise mai sus: un punct sau o linie laser este proiectată pe un obiect folosind un dispozitiv manual şi un senzor (de obicei un CDD senzor sau poziţia sensibile dispozitiv) masoara distanta de la suprafata.


Pozitiile sunt salvate într-un sistem de coordonate interne şi scaner în sine fiind mutarea poziţia trebuie să fie măsurate. Poziţia poate fi determinată de scaner folosind caracteristice repere pe suprafaţă fiind scanate (de obicei, de benzi adezive reflectorizante) sau folosind o metodă de urmărire externe. Unitatea responsabilă de această identificare vine sub formă de o maşină pentru a măsura tridimensional echipat cu o camera încorporată (pentru a seta orientarea scaner) sau ca un dispozitiv pentru fotogrammetrie folosind trei sau mai multe camere care să permită şase grade de libertate a scanerului.


Ambele tehnici au tendinţa de a folosi infrarosu LED-uri încorporate la scaner care sunt percepute de (camera (s) prin filtre pentru a le vedea în ciuda iluminare ambientală.
Informaţiile sunt colectate de către un calculator şi salvat ca coordonatele punctelor în spaţiul tridimensional, utilizând prelucrării informatice, acestea pot fi convertite prin triangulatie într-o pânză şi apoi într-un model de calculator, cel mai adesea sub forma unor suprafețe NURBS. Scanere portabile cu laser pot combina aceste date cu pasive receptoare de lumină vizibilă - care înregistrează texturi şi culori - la pauză (a se vedea inginerie inversă) complet o modelare în modelul 3D.










Structurat scanere 3D lumina proiect un model luminos pe această temă
Structurat scanere 3D lumina proiect un model luminos pe această temă

Structurat lumina scaner


Structurat scanere 3D lumina proiect un model luminos pe această temă şi să observe deformarea. Modelul poate fi în unul sau două dimensiuni.

Exemplu de o linie ca un unul-dimensional. Este proiectata pe subiect folosind un proiector LCD sau cu laser. A uşor compensa camera proiector, înregistrările lui posibila deformare. O tehnică similară cu triangulaţie este folosit pentru a calcula distanţa, prin urmare, poziția punctelor reprezentând. Teren ăsteia câmpul de vizibilitate pentru a salva o grămadă la un moment dat, informatii despre distantele.

Acum să luăm ca exemplu o grilă sau un model în formă de benzi. Un aparat de fotografiat este folosit pentru a înregistra deformările şi un program complex de calculator este utilizat pentru a calcula distanţele dintre punctele care alcătuiesc acest motiv. Complexitatea se datorează ambiguitatea. Ia un grup de dungi verticale zdrobitoare orizontal un subiect. În acest caz simplu, analiza se bazează pe prezumţia că secvenţa de trupe vizibile din stânga dreapta meciuri imagine laser proiectat astfel că imaginea de banda stânga este prima proiecţie cu laser, aceasta este a doua şi aşa mai departe.

În caz de non-triviales obiective cu găuri, unor ocluzii, modificările rapide adâncime, cu toate acestea, ordinea este neapărat verificat că benzile sunt adesea ascunse şi chiar pot să apară în ordine diferită, dând naştere la o ambiguitate în benzile de lasere.

Această problemă anume recent s-a rezolvat de o tehnologie avansata numita Multistripe laser Triangulation (MLT). Structurat lumina 3D scanarea este încă un domeniu activ de cercetare, dând naştere la o serie de publicaţii în fiecare an.

Punctul culminant al structurate lumina scanere 3D este viteza. În loc de scanare un punct la un moment dat, ei scana întregul câmp de vizibilitate în acelaşi timp. Acest lucru limitează sau elimină denaturare problemele legate de circulaţia. Sistemele existente sunt în măsură să obiecte în mişcare în timp real de scanare. Recent, Zhang cântec şi Peisen Huang la Stony Brook University au dezvoltat o scanare pe zbura folosind o proiecţie digital franjuri şi o tehnică de faza modulate (o altă metodă de lumină structurate).
Acest sistem este capabil de a capta, reconstrui şi a restabili detalii de obiecte deforma în timp (ca o expresie faciala) la o frecvenţă de 40 de cadre pe secundă.









Scanere 3D lumină modulată ilumina obiectul folosind o schimbare de lumina
Scanere 3D lumină modulată ilumina obiectul folosind o schimbare de lumina

Scaner lumină modulată


Scanere 3D lumină modulată ilumina obiectul folosind o schimbare de lumina. De obicei, sursa de lumină a unui ciclu a cărui amplitudine descrie un model sinusoidal. O camera detectează lumina reflectată, măsoară importanţa sa variaţie şi determină distanţa lumina a călătorit.
Lumină modulată permite, de asemenea, scanerul să ignore sursa de lumină decât un laser, astfel încât nu există nici o interferenţă.









Scanere 3D pasiv fara contact se bazează pe detectarea reflectate radiației ambientale
Scanere 3D pasiv fara contact se bazează pe detectarea reflectate radiației ambientale

Scaner fără contact pasiv


Scanere pasiv fara contact, fiind eliberarea orice tip de radiatii, se bazeaza pe detectarea reflectate radiației ambientale. Cele mai multe scanere de acest tip detecta lumina vizibilă, deoarece este disponibil imediat. Alte tipuri de radiatii, cum ar fi infraroşu poate fi utilizată. Pasiv metode pot fi ieftine, deoarece în majoritatea cazurilor acestea nu necesită Arată specifice de dispozitiv.









Scanere stereoscopic 3D folosind două camere video
Scanere stereoscopic 3D folosind două camere video

Stereoscopic scanere


Sisteme de stereoscopic, de obicei, două camere video, usor departate, ce indică spre aceeaşi scenă. Prin analiza mici diferențe între imaginile din cele două dispozitive, este posibil să se determine distanta de fiecare punct din imagine. Această metodă se bazează pe viziunea humaine5 stereoscopic.









Aceste tipuri de scannere 3D utiliza contururi creat dintr-o secvenţă de fotografii luate în jurul unui obiect în trei dimensiuni
Aceste tipuri de scannere 3D utiliza contururi creat dintr-o secvenţă de fotografii luate în jurul unui obiect în trei dimensiuni

Scanere de silueta


Aceste tipuri de scannere 3D utiliza contururi creat dintr-o secvenţă de fotografii luate în jurul unui obiect în trei dimensiuni un fundal contrastante. Aceste siluete sunt desprinse din trecutul lor şi asamblate între ele la poziţia axei de rotație a camerei pentru a forma o cocă\vizual\ o aproximare a obiectului. Cu acest tip de tehnici de tot felul de Concavitate a obiectului - ca în interiorul un castron - nu sunt detectate.


Scanere solicită asistenţă al utilizatorului
Există alte metode, bazate pe detectarea şi identificarea asistat caracteristicile de utilizator şi formează o serie de imagini diferite ale unui obiect, care permit de a construi o aproximare a acestuia. Acest tip de tehnologie este util pentru a atinge rapid o aproximare de un obiect compus din forme simple cum ar fi clădiri. Diverse programe comerciale sunt capabil ca iModeller, D-Sculptor ou RealViz-ImageModeler.

Aceste tipuri de scannere 3D se bazează pe principiile de fotogrammetrie. Cumva ei folosesc o metodologie similar cu fotografie panoramică, cu aceasta în schimb să ia imagini de la un punct fix pentru a avea o panorama, o serie de imagini din diferite puncte este luat de la un obiect fix pentru a se reproduce.

Modelare a datelor colectate de scanner
Nori de puncte produse de scanere 3D adesea nu sunt utilizabile ca ceea ce. Majoritatea aplicatiilor nu folosesc direct, dar utilizaţi în loc de un model 3D. Acest lucru înseamnă de exemplu în contextul un 3D poligonale, modelare pentru a determina şi de a conecta puncte adiacente pentru a crea o suprafaţă continuă. Un număr mare de algoritmi sunt disponibile pentru acest lucru (de exemplu, photomodeler, imagemodel).