En tredimensionell scanner är en scanning och 3D förvärv
En tredimensionell scanner är en scanning och 3D förvärv

3D-scanner


En tredimensionell scanner är en enhet som analyserar objekt eller deras närmiljö att samla in specifik information i formuläret och eventuellt på utseende (färg, konsistens) av dessa. Insamlade data kan sedan användas för att bygga CGI tredimensionella (digitala objekt) för olika ändamål.

Dessa enheter används mycket i industri av underhållning för filmer eller TV-spel. Digitala bilder av Genomsökta objekt i 3D används också för industridesign, konstruktion av proteser, bakåtkompilera, för kvalitetskontroll (digital repository) eller för dokumentationen av kulturföremål.

Sans-kontakter skannrar kan delas in i två huvudkategorier, aktiva och passiva skannrar. De är själva i många underkategorier baserat på deras tekniska princip.







Denna scanner kan användas för att skanna byggnader
Denna scanner kan användas för att skanna byggnader

Skannern av flygtid


Lidar skannern kan användas att skanna byggnader, geologiska formationer, etc. för att producera en modell i tre dimensioner. Dess radie är justerbar över ett mycket brett Horisont: Tack vare horisontell rotation av huvudet, en spegel riktar det vertikalt. Laserstrålen används för att mäta avståndet med första objektet skärande balken


3D Lidar skannern är en aktiv enhet som använder en laserstråle sond föremål. Kärnan i denna typ av scanner är en laseravståndsmätare att bestämma avståndet från ytan av det objekt som studeras genom att räkna tidsåtgången för återlämnande av pulsen på reflekterade strålen.

Eftersom rusat av ljust c är känt, den tidsfördröjningen att bestämma avståndet reste av ljus, vilket är två gånger avståndet mellan skannern och ytan. Naturligtvis, beror riktigheten av skannern av flygtiden på noggrannheten i mätningen av den återgång tid t, att veta att 3,3 picoseconds är ungefär den tid som ljuset att resa en millimeter.


Laseravståndsmätare identifierar endast en punkt på en gång i den riktning den pekar. För detta, enheten skannar alla dess synfält punkt för punkt och måste ändra dess riktning av Visa till varje åtgärd. Det kan ändras genom rotation av själva kameran eller använda ett system med roterande speglar. Senaste metoden är den vanligaste eftersom speglar är lättare och kan ändra riktning snabbare med mer precision.
Tidpunkten för flygning 3D-skannrar kan mäta avståndet från 10 000 till 100 000 poäng per sekund.









Skannern avger en laserstråle, som, i kontakt med objektet, återspeglas till laserscanner
Skannern avger en laserstråle, som, i kontakt med objektet, återspeglas till laserscanner

Skannern av fasförskjutning


En annan teknik som används av laserscanners för att mäta avstånd är ett mått på fasförskjutning. Skannern avger en laserstråle, som, i kontakt med objektet, återspeglas till laserscanner. Våglängden av laser utsläpp varierar beroende på leverantören. Avspegla av skannern returnerar laserstrålen vertikalt mot samma objekt. Den vertikala vinkeln är kodad på samma gång som avståndsmätning.


Laserscannern roterar 360 ° på sig i horisontalplanet. Den horisontella vinkeln beräknas samtidigt med avståndsmätning. Avstånd och vinkel vertikala och horisontella ge en polär koordinat (δ, α, β) som konverteras till Kartesiskt koordinat (x, y, z). Vissa laserscanners använda fas Skift mätning tekniken för att mäta avståndet till en yta. Enheten projekt en infraröd laserstråle som returnerar till skannern genom reflexion. Det beräknar avståndet till närmaste millimetern genom att analysera fasförskjutning mellan utsända beam och mottagna radie.
Laser av en känd sinuskurva sänds av en laserkälla.


Det är det 'ljuset'. Några av laserstrålen återspeglas från målet till källan. Kallas \motljus\. Fasen av denna \motljus\ jämfört med att av ljuset som avges är kända för att avgöra den 'ljus historien'. Skillnaden mellan de två topparna kallas \fasförskjutning\. Fasförskjutning erhållits motsvarar 2π x flygtid x frekvensen av modulering. Fas Skift skannrar är oftast snabbare och mer exakt än 3D i tid av flygning laserscanners, men de har ett mindre omfång.









Laserscannern triangulering är en aktiv scanner som använder laserljus sond dess miljö
Laserscannern triangulering är en aktiv scanner som använder laserljus sond dess miljö

Genom triangulering scanner


Principen om en detektor med laser triangulering. Två positioner för objektet visas.

Laserscannern triangulering är en aktiv scanner att också använder laserljus sond dess miljö. Han pekar på motivet med en balk som för en av flygtid och använder en kamera för att hitta punkten. Beroende på avståndet till en yta visas punkten på en annan plats i synfältet för kameran. Denna teknik kallas triangulering eftersom punkt laser, kameran och laser utsändaren bildar en triangel. Längden på en sida av triangeln, avståndet mellan kameran och lasersändaren är känd.
Vinkeln på sidan av lasersändaren är också känd.

Vinkeln på sidan av kameran kan bestämmas genom att titta på platsen för laserpunkten i synfältet för kameran. Dessa tre uppgifter fastställa formen och dimensionerna av triangeln och ge laserpunkten ställning. I de flesta fall, en laser i stället för en period band, skannar du objektet för att påskynda förvärvsprocessen. Det nationella rådet för forskning Kanada var bland de första instituten att utveckla en teknik för scan baserat på triangulering i 19782.








I ett konoskopiska system är en laserstråle projiceras på en yta
I ett konoskopiska system är en laserstråle projiceras på en yta

Konoskopiska holografi


I ett konoskopiska system en laserstråle är projiceras på en yta, sedan tänka igenom samma balk passerar genom en birefringent kristall och skickas på en CDD-sensor.
Frekvensen av diffraktionsmönster kan analyseras och används för att bestämma avståndet till ytan. Den största fördelen med konoskopiska holografi är kolinjäritet, det vill säga en enda stråle (tur och retur) behövs för att utföra mätningen, för att till exempel mäta djupet av ett hål borrat fint som är omöjligt av triangulering.









Manuell laserscanners skapa bilder från principen om triangulering 3D
Manuell laserscanners skapa bilder från principen om triangulering 3D

Manuell scanner


Manuell laser skannrar skapa bilder 3D från triangulering principen ovan: en punkt eller en laserlinje projiceras på ett objekt med hjälp av en manuell anordning och en sensor (vanligtvis en CDD sensor eller position känsliga enhet) mäter avståndet till ytan.


Positioner sparas till ett internt koordinatsystem och skannern själv att flytta sin ståndpunkt måste mätas. Positionen kan bestämmas genom skannern med karakteristiska landmärken på ytan som skannas (vanligtvis med reflekterande tejp) eller använda en extern uppföljningsmetod. Enheten som ansvarar för denna identifiering kommer i form av en maskin för att mäta tredimensionellt utrustad med en kamera ingår (för att ställa in orientering på skannern) eller som en enhet för fotogrammetri med tre eller fler kameror tillåter sex frihetsgrader av skannern.


Båda teknikerna tenderar att använda IR-lysdioder införlivas till skannern som uppfattas av (kameran (s) genom filtren till se dem trots allmänbelysning.
Informationen samlas in av en dator och sparas som koordinaterna för punkter i tredimensionella rymden, med hjälp av databehandling, dessa kan konverteras genom triangulering i en duk och sedan i en datormodell, oftast i form av NURBS ytor. Handhållen laserscanner kan kombinera denna information med passiva mottagare av synligt ljus - som protokollföra texturer och färger - till återställning (se bakåtkompilering) slutföra en modellering i 3D-modellen.










Strukturerad ljus 3D-skannrar projicera ett ljust mönster på ämnet
Strukturerad ljus 3D-skannrar projicera ett ljust mönster på ämnet

Strukturerad ljus scanner


Strukturerad ljus 3D-skannrar projektet ett ljust mönster på ämnet och att observera deformation. Mönstret kan vara i en eller två dimensioner.

Exempel på en linje som en endimensionell marken. Det projiceras på föremål med en LCD-projektor eller laser. A något kompensera kamerans projektor, registrerar sin eventuell deformering. En teknik som liknar triangulering används för att beräkna avstånd och därför placera av de punkter som representerar. Marken sveper i synfältet för att spara ett gäng på en gång, information om avstånd.

Nu ta exemplet med ett rutnät eller strip-formade mönster. En kamera används för att registrera deformationer och komplexa datorprogram för att beräkna avstånden till de punkter som utgör den grunden. Komplexiteten beror på tvetydigheten. Ta en grupp av vertikala ränder svepande horisontellt ett ämne. I det enklaste fallet analysen bygger på antagandet att sekvensen av band synliga från vänster höger matchar bilden projicerad lasern på ett sådant sätt att bilden av bandet den längst till vänster är den första laser-projektionen, följande är andra och så vidare.

När det gäller icke-triviales mål med hål, vissa ocklusioner, snabb djup förändringar, men är ordningen nödvändigtvis verifierade att banden är ofta dolda och kan även visas i en annan ordning, ger upphov till en tvetydighet i band lasrar.

Detta problem har nyligen lösts genom en avancerad teknik som kallas Multistripe laser Triangulation (MLT). Strukturerad ljus 3D skanning är fortfarande ett aktivt område för forskning, ger upphov till ett antal publikationer varje år.

Höjdpunkten i de strukturerade ljus 3D-skannrar är hastighet. Stället för att söka en punkt i taget, skanna de hela synfältet på samma gång. Detta begränsar eller eliminerar distorsion problem relaterade till rörelsen. Befintliga system kan skanna objekt i rörelse i realtid. Nyligen, låt Zhang och Peisen Huang från Stony Brook University har utvecklat en genomsökning i farten med hjälp av en digital fringe projektion och en modulerad fas teknik (en annan strukturerad ljus metod).
Detta system kan fånga, återuppbygga och återställa information om objekt som deformeras i tid (som ett ansiktsuttryck) en frekvens på 40 bilder per sekund.









De modulerade ljus 3D-skannrar belysa motivet med en växlande ljus
De modulerade ljus 3D-skannrar belysa motivet med en växlande ljus

Modulerade ljus scanner


De modulerade ljus 3D-skannrar belysa motivet med en växlande ljus. Ljuskällan har vanligtvis en cykel vars amplitud beskriver en sinusformad mönster. En kamera upptäcker reflekterat ljus, mäter betydelsen av dess variation och bestämmer avståndet ljuset har rest.
Modulerade ljuset tillåter också skannern att ignorera ljuskällan än en laser, så det finns inga störningar.









De passiv beröringsfri 3D-skannrar baseras på påvisande av reflekterade omgivande strålning
De passiv beröringsfri 3D-skannrar baseras på påvisande av reflekterade omgivande strålning

Scanner utan kontakt passiv


Passiva skannrar utan kontakt, att utfärda någon typ av strålning, baseras på påvisande av reflekterade omgivande strålning. De flesta skannrar av denna typ upptäcka synligt ljus eftersom det är omedelbart tillgänglig. Andra typer av strålning, som IR kan också användas. Passiva metoder kan vara billigt, eftersom i flesta fall de inte kräver enheten specifika Visa.









De stereoskopiska 3D-skannrar som använder två videokameror
De stereoskopiska 3D-skannrar som använder två videokameror

Stereoskopisk skannrar


Stereoskopisk system vanligtvis två kameror videor, något isär, pekar på samma scen. Genom att analysera de små skillnaderna mellan bilderna av de två enheterna, är det möjligt att bestämma avståndet mellan varje punkt i bilden. Denna metod baseras på den vision stereoskopisk humaine5.









Dessa typer av 3D-skannrar användning konturer som skapats från en sekvens av bilder tagna runt ett objekt i tre dimensioner
Dessa typer av 3D-skannrar användning konturer som skapats från en sekvens av bilder tagna runt ett objekt i tre dimensioner

Silhouette skannrar


Dessa typer av 3D-skannrar användning konturer som skapats från en sekvens av bilder tagna runt ett objekt i tre dimensioner mot en kontrasterande bakgrund. Dessa silhuetter är fristående från deras bakgrund och församlad till varandra på platsen där axeln av rotation av kameran för att bilda en \Visual hull\ en approximation av objektet. Med denna typ av tekniker upptäcks allehanda konkavitet av objektet - som insidan av en skål - inte.


Skannrar som söker hjälp av användaren
Det finns andra metoder, som bygger på detektion och identifiering bistod egenskaperna som användaren och bildar en serie av olika bilder av ett objekt, som gör det möjligt för att konstruera en approximation av det. Denna typ av teknik är användbart att snabbt uppnå en tillnärmning av ett objekt som består av enkla former som byggnader. Olika kommersiella programvara klarar som iModeller, D-Sculptor ou RealViz-ImageModeler.

Dessa typer av 3D-skannrar baseras på principerna om fotogrammetri. På något sätt de använder en metod som liknar panorama fotografi, med detta i stället att ta bilder från en fast punkt att ta en panoramabild, en serie av bilder från olika punkter tas från ett fast objekt att replikera det.

Modellering av data insamlade av skannern
Molnen av punkter som produceras av 3D-skannrar är ofta inte användbara som vad. De flesta program Använd inte direkt, men i stället för en 3D-modell. Det innebär till exempel i samband med en 3D månghörniga modellering för att fastställa och ansluta angränsande punkter för att skapa en sammanhängande yta. Ett stort antal algoritmer finns tillgängliga för detta arbete (exempelvis photomodeler, imagemodel).