Một máy quét ba chiều là một việc mua lại quét và 3D
Một máy quét ba chiều là một việc mua lại quét và 3D

Máy quét 3D


Một máy quét ba chiều là một thiết bị phân tích các đối tượng hay môi trường ngay lập tức của họ để thu thập thông tin cụ thể về hình thức và có thể cả ngày xuất hiện (màu sắc, kết cấu) của chúng. Dữ liệu được thu thập sau đó có thể được sử dụng để xây dựng các CGI ba chiều (kỹ thuật số đối tượng) cho mục đích khác nhau.

Các thiết bị nhiều được sử dụng bởi các ngành công nghiệp giải trí cho phim hoặc trò chơi điện tử. Các hình ảnh kỹ thuật số của các đối tượng được quét trong 3D cũng được sử dụng cho thiết kế công nghiệp, thiết kế của bộ phận, đảo ngược kỹ thuật, kiểm soát chất lượng (kỹ thuật số kho) hoặc các tài liệu của đối tượng văn hóa.

Máy quét sans-địa chỉ liên lạc có thể được chia thành hai loại chính, chủ động và thụ động máy quét. Bọn chúng mình thành nhiều tiểu thể loại dựa trên nguyên tắc công nghệ của mình.







Máy quét này có thể được sử dụng để quét nhà
Máy quét này có thể được sử dụng để quét nhà

Máy quét bởi thời gian bay


Máy quét Lidar này có thể được sử dụng để quét các tòa nhà, thành hệ địa chất, vv để tạo ra một mô hình ba chiều. Bán kính của nó được điều chỉnh trên một chân trời rất rộng: nhờ sự quay ngang của người đứng đầu, một tấm gương chỉ đạo nó theo chiều dọc. Các chùm tia laser được sử dụng để đo khoảng cách với các đối tượng đầu tiên cắt chùm tia


Máy quét 3D Lidar là một thiết bị hoạt động sử dụng tia laser để thăm dò các chủ đề. Ở trung tâm của các loại máy quét là một máy đo khoảng cách laser để xác định khoảng cách từ bề mặt của đối tượng nghiên cứu bằng cách đếm thời gian cần thiết cho trở lại của các xung của các chùm tia laser phản chiếu.

Kể từ khi tốc độ của ánh sáng c được biết đến, trọn vòng thời gian để xác định khoảng cách đi du lịch bằng ánh sáng, mà là hai lần khoảng cách giữa các máy quét và bề mặt. Tất nhiên, độ chính xác của máy quét bởi thời gian của các chuyến bay phụ thuộc vào độ chính xác của đo lường trở lại thời gian t, biết rằng 3.3 picoseconds là khoảng thời gian thực hiện bởi ánh sáng để đi du lịch một milimet.


Máy đo khoảng cách laser phát hiện chỉ có một điểm cùng một lúc trong trỏ nó. Đối với điều này, các thiết bị quét tất cả lĩnh vực xem điểm bằng điểm và phải thay đổi hướng của nó nhìn đến từng biện pháp. Nó có thể được thay đổi bằng cách quay của camera chính nó hoặc bằng cách sử dụng một hệ thống quay gương. Phương pháp cuối cùng này là phổ biến nhất được sử dụng bởi vì gương nhẹ hơn và có thể thay đổi hướng nhanh hơn với độ chính xác hơn.
Thời gian của chuyến bay máy quét 3D có thể đo khoảng cách từ 10 000 đến 100 000 điểm mỗi giây.









Các máy quét phát ra một tia laser, trong đó, tiếp xúc với các đối tượng, được phản ánh đến các máy quét laser
Các máy quét phát ra một tia laser, trong đó, tiếp xúc với các đối tượng, được phản ánh đến các máy quét laser

Máy quét bằng cách dịch chuyển giai đoạn


Công nghệ khác được sử dụng bởi các máy quét laser để đo khoảng cách là thước đo của giai đoạn chuyển đổi. Các máy quét phát ra một tia laser, trong đó, tiếp xúc với các đối tượng, được phản ánh đến các máy quét laser. Các bước sóng của bức xạ laser thay đổi tùy theo nhà cung cấp. Gương các máy quét trả về các chùm tia laser theo chiều dọc hướng tới đối tượng tương tự. Góc thẳng đứng được mã hóa cùng một lúc như đo khoảng cách.


Các máy quét laser quay 360 ° trên chính nó ở ngang. Góc ngang được tính cùng một lúc với việc đo khoảng cách. Khoảng cách và góc độ dọc và ngang cho một tọa độ cực (δ, α, β) đó chuyển đổi sang hệ tọa độ Descartes (x, y, z). Một số máy quét laser sử dụng công nghệ đo lường sự thay đổi của giai đoạn để đo khoảng cách tới một bề mặt. Thiết bị dự án một chùm tia laser hồng ngoại mà trở về với máy quét bởi sự phản ánh. Nó sẽ tính toán khoảng cách đến mm gần nhất bằng cách phân tích chuyển giai đoạn giữa phát ra tia và nhận được bán kính.
Laser một làn sóng sin nổi tiếng được phát sóng bởi một nguồn laser.


Nó là 'ánh sáng'. Một số chùm tia laser được phản ánh từ mục tiêu để các nguồn. Được gọi là \trở lại ánh sáng\. Giai đoạn này \trở lại ánh sáng\ được so sánh với rằng của ánh sáng phát ra được biết đến để xác định lịch sử ánh sáng'. Sự khác biệt giữa hai đỉnh núi được gọi là \giai đoạn thay đổi\. Sự thay đổi pha thu được tương ứng với 2π x thời gian bay x tần số điều chế. Giai đoạn chuyển đổi máy quét thường nhanh hơn và chính xác hơn so với 3D trong thời gian của chuyến bay máy quét laser, nhưng họ có một phạm vi nhỏ hơn.









Các máy quét laser triangulation là một máy quét hoạt động sử dụng laser ánh sáng để thăm dò các môi trường
Các máy quét laser triangulation là một máy quét hoạt động sử dụng laser ánh sáng để thăm dò các môi trường

Bởi triangulation máy quét


Các nguyên tắc của việc sử dụng máy dò laser triangulation. Hai vị trí của đối tượng được hiển thị.

Các máy quét laser triangulation là một máy quét hoạt động cũng sử dụng laser ánh sáng để thăm dò các môi trường của nó. Ông điểm đến chủ đề với một tia đối với từng chuyến bay thời gian và sử dụng một máy ảnh để xác định vị trí điểm. Tùy thuộc vào khoảng cách đến một bề mặt, khi xuất hiện ở một vị trí khác nhau trong lĩnh vực của tầm nhìn của máy ảnh. Kỹ thuật này được gọi là triangulation vì điểm laser, camera và laser emitter tạo thành một hình tam giác. Chiều dài của một bên là hình tam giác, khoảng cách giữa máy ảnh và máy phát laser được biết đến.
Góc ở mặt bên của máy phát laser cũng được biết đến.

Góc ở mặt bên của máy ảnh có thể được xác định bằng cách nhìn vào vị trí của dấu chấm laser trong lĩnh vực của tầm nhìn của máy ảnh. Những dữ liệu này ba xác định hình dạng và kích thước của hình tam giác và cung cấp cho các vị trí của các điểm laser. Trong hầu hết trường hợp, tia laser thay vì một ban nhạc thời gian, quét các đối tượng để tăng tốc quá trình thu mua. Hội đồng nghiên cứu quốc gia Canada là một trong các viện nghiên cứu đầu tiên để phát triển một công nghệ quét dựa trên triangulation trong 19782.








Trong một hệ thống conoscopic một chùm tia laser được chiếu lên một bề mặt
Trong một hệ thống conoscopic một chùm tia laser được chiếu lên một bề mặt

Conoscopic holography


Trong một hệ thống conoscopic một chùm tia laser được chiếu lên một bề mặt, sau đó suy nghĩ thông qua các chùm tia cùng đi qua một tinh thể birefringent và được gửi trên một cảm biến CDD.
Tần số nhiễu xạ mô hình có thể được phân tích và được sử dụng để xác định khoảng cách trên bề mặt. Các lợi thế chính của conoscopic holography là collinearity, có nghĩa là, một chùm đơn (chuyến đi vòng) là cần thiết để thực hiện việc đo, ví dụ như đo độ sâu của một lỗ khoan mịn mà là không thể bởi triangulation.









Hướng dẫn sử dụng laser máy quét tạo hình ảnh từ các nguyên tắc của triangulation 3D
Hướng dẫn sử dụng laser máy quét tạo hình ảnh từ các nguyên tắc của triangulation 3D

Hướng dẫn sử dụng máy quét


Hướng dẫn sử dụng laser máy quét tạo hình ảnh 3D từ các nguyên tắc triangulation mô tả ở trên: một điểm hoặc một đường dây laser được chiếu lên một đối tượng bằng cách sử dụng một thiết bị hướng dẫn sử dụng và một bộ cảm biến (thông thường một CDD cảm biến hoặc vị trí nhạy cảm thiết bị) các biện pháp khoảng cách trên bề mặt.


Vị trí được lưu trong một hệ tọa độ nội bộ và máy quét chính nó di chuyển vị trí của nó phải được đo. Các vị trí có thể được xác định bởi các máy quét bằng cách sử dụng đặc điểm mốc trên các bề mặt được quét (thông thường của keo dải phản xạ) hoặc bằng cách sử dụng một phương pháp theo dõi bên ngoài. Các đơn vị chịu trách nhiệm về nhận dạng này đi kèm trong các hình thức của một máy đo 3 chiều được trang bị với một máy ảnh kết hợp (để thiết lập sự định hướng của máy quét) hoặc như một thiết bị cho Photogrammetry sử dụng ba hoặc nhiều máy ảnh cho phép sáu bậc tự do của máy quét.


Cả hai kỹ thuật có xu hướng sử dụng đèn LED hồng ngoại kết hợp với máy quét đó cảm nhận của (máy ảnh (s) thông qua các bộ lọc để xem họ mặc dù ánh sáng môi trường xung quanh.
Các thông tin được thu thập bởi một máy tính và lưu dưới dạng các tọa độ của điểm trong không gian ba chiều, bằng cách sử dụng máy tính xử lý, chúng có thể được chuyển đổi bởi triangulation một vải và sau đó trong một mô hình máy tính, thông thường trong các hình thức bề mặt NURBS. Máy quét laser cầm tay có thể kết hợp dữ liệu này với máy thu thụ động của ánh sáng khả kiến - ghi lại các kết cấu và màu sắc - để restore (xem kỹ thuật đảo ngược) hoàn thành một mô hình trong mô hình 3D.










Cấu trúc ánh sáng máy quét 3D dự án Hoa văn tươi sáng trên các chủ đề
Cấu trúc ánh sáng máy quét 3D dự án Hoa văn tươi sáng trên các chủ đề

Cấu trúc ánh sáng quét


Cấu trúc máy quét nhẹ 3D dự án Hoa văn tươi sáng trên các chủ đề và để quan sát biến dạng. Các mô hình có thể trong một hoặc hai chiều.

Ví dụ về một đường như là một chiều. Dự kiến về đối tượng bằng cách sử dụng một màn hình LCD máy chiếu hoặc laser. Một hơi bù đắp chiếu ảnh, ghi lại có thể biến dạng của mình. Một kỹ thuật tương tự như triangulation được sử dụng để tính toán khoảng cách, và do đó vị trí của điểm đại diện. Đất quét lĩnh vực của tầm nhìn để tiết kiệm một bó một lúc, các thông tin về khoảng cách.

Bây giờ lấy ví dụ của một mạng lưới hoặc mẫu hình dải. Một máy ảnh được sử dụng để ghi lại các biến và một chương trình máy tính phức tạp được sử dụng để tính toán các khoảng cách của các điểm chiếm đất đó. Sự phức tạp là do sự mơ hồ. Có một nhóm các sọc dọc, quét ngang một chủ đề. Trong trường hợp đơn giản nhất, các phân tích được dựa trên giả định rằng các trình tự của các ban nhạc có thể nhìn thấy từ bên trái phải phù hợp với laser dự kiến hình ảnh một cách rằng hình ảnh của ban nhạc the tận cùng bên trái là hình chiếu laser đầu tiên, sau đây là lần thứ hai và vân vân.

Trong trường hợp-triviales các mục tiêu với lỗ, một số occlusions, độ sâu nhanh chóng thay đổi, Tuy nhiên, theo thứ tự nhất thiết phải xác minh rằng ban nhạc thường ẩn và thậm chí có thể xuất hiện theo một thứ tự khác nhau, dẫn đến một sự mơ hồ trong ban nhạc laser.

Vấn đề cụ thể này gần đây đã được giải quyết bằng một công nghệ tiên tiến được gọi là Multistripe laser Triangulation (MLT). Cấu trúc ánh sáng 3D quét vẫn là một khu vực hoạt động nghiên cứu, dẫn đến một số ấn phẩm mỗi năm.

Điểm nổi bật của các máy quét 3D có cấu trúc ánh sáng là tốc độ. Thay vì quét một điểm tại một thời điểm, họ quét toàn bộ lĩnh vực của tầm nhìn cùng một lúc. Điều này giới hạn hoặc loại trừ biến dạng vấn đề liên quan đến phong trào. Hệ thống hiện có có thể quét các đối tượng chuyển động trong thời gian thực. Gần đây, Song trương và Peisen Hoàng Đại học Stony Brook đã phát triển một quét trên bay bằng cách sử dụng một phép chiếu kỹ thuật số rìa và một kỹ thuật đồ pha (cấu trúc ánh sáng phương pháp khác).
Hệ thống này có khả năng để nắm bắt, xây dựng lại và khôi phục lại các chi tiết của các đối tượng deforming trong thời gian (như là một biểu hiện trên khuôn mặt) ở một tần số 40 khung hình / giây.









Các máy quét 3D đồ ánh sáng chiếu sáng các chủ đề bằng cách sử dụng một ánh sáng thay đổi
Các máy quét 3D đồ ánh sáng chiếu sáng các chủ đề bằng cách sử dụng một ánh sáng thay đổi

Đồ máy quét nhẹ


Các máy quét 3D đồ ánh sáng chiếu sáng các chủ đề bằng cách sử dụng một ánh sáng thay đổi. Thông thường, nguồn ánh sáng có một chu kỳ có biên độ mô tả một mô hình Sin. Một máy ảnh phát hiện ánh sáng phản chiếu, các biện pháp tầm quan trọng của các biến thể của nó và xác định khoảng cách ánh sáng đã đi du lịch.
Ánh sáng đồ cũng cho phép các máy quét để bỏ qua nguồn ánh sáng khác hơn tia laser, do đó có là không có sự can thiệp.









Máy quét 3D thụ động không tiếp xúc dựa trên những phát hiện phản xạ bức xạ môi trường xung quanh
Máy quét 3D thụ động không tiếp xúc dựa trên những phát hiện phản xạ bức xạ môi trường xung quanh

Máy quét không có liên hệ thụ động


Máy quét bị động mà không có số liên lạc, phát hành bất kỳ loại bức xạ, dựa trên những phát hiện phản xạ bức xạ môi trường xung quanh. Các máy quét hầu hết loại này phát hiện có thể nhìn thấy ánh sáng bởi vì nó là ngay lập tức có sẵn. Các loại khác của bức xạ, giống như hồng ngoại cũng có thể được sử dụng. Phương pháp thụ động có thể được giá rẻ, bởi vì trong đa số trường hợp, họ không yêu cầu thiết bị hiển thị cụ thể.









Các máy quét 3D lập thể bằng cách sử dụng hai máy quay video
Các máy quét 3D lập thể bằng cách sử dụng hai máy quay video

Stereoscopic máy quét


Hệ thống lập thể thường là hai máy ảnh video, hơi apart, trỏ đến cùng một cảnh. Bằng cách phân tích sự khác biệt nhỏ giữa các hình ảnh của hai thiết bị, nó có thể để xác định khoảng cách của mỗi điểm trong hình ảnh. Phương pháp này được dựa trên tầm nhìn stereoscopic humaine5.









Sử dụng các loại máy quét 3D phác thảo tạo ra từ một chuỗi các bức ảnh chụp xung quanh một đối tượng trong không gian ba chiều
Sử dụng các loại máy quét 3D phác thảo tạo ra từ một chuỗi các bức ảnh chụp xung quanh một đối tượng trong không gian ba chiều

Máy quét hình bóng


Các loại máy quét 3D sử dụng phác thảo tạo ra từ một chuỗi các bức ảnh chụp xung quanh một đối tượng ba chiều chống lại một nền tương phản. Những bóng được tách ra từ nền tảng của họ và lắp ráp với nhau tại địa điểm của các trục quay của máy ảnh để tạo thành một \thân hình\ một xấp xỉ của đối tượng. Với các loại kỹ thuật tất cả các loại bề lom của đối tượng - giống như bên trong một cái bát - không được phát hiện.


Máy quét tìm kiếm sự hỗ trợ của người sử dụng
Có các phương pháp khác, dựa trên phát hiện và xác định với sự hỗ trợ các đặc tính người sử dụng và tạo thành một loạt các hình ảnh khác nhau của một đối tượng, cho phép để xây dựng một xấp xỉ của nó. Loại công nghệ này là hữu ích để nhanh chóng đạt được một xấp xỉ của một đối tượng bao gồm các hình dạng đơn giản như các tòa nhà. Các phần mềm thương mại có khả năng như iModeller, D-Sculptor ou RealViz-ImageModeler.

Các loại máy quét 3D dựa trên các nguyên tắc của Photogrammetry. Bằng cách nào đó, họ sử dụng một phương pháp tương tự như để chụp ảnh toàn cảnh, với điều này thay vì để có hình ảnh từ một điểm cố định để có một toàn cảnh, một loạt các hình ảnh từ các điểm khác nhau được lấy từ một vật cố định để sao chép nó.

Mô hình hóa dữ liệu được thu thập bởi các máy quét
Những đám mây của các điểm được sản xuất bởi máy quét 3D thường không được sử dụng như những gì. Hầu hết các ứng dụng không sử dụng trực tiếp, nhưng sử dụng thay vì một mô hình 3D. Điều này có nghĩa là ví dụ: trong bối cảnh của một 3D polygonal mô hình để xác định và kết nối điểm liền kề để tạo ra một bề mặt liên tục. Một số lớn các thuật toán có sẵn cho công việc này (ví dụ: photomodeler, imagemodel).