Այս սարքերը շատ են օգտագործվում զվարճությունների արդյունաբերության կողմից ֆիլմերի կամ տեսախաղերի համար : Սկանավորված օբյեկտների 3D թվային պատկերները օգտագործվում են նաեւ արդյունաբերական նախագծման, պրոթեզի նախագծման, հակադարձ ինժեներիայի, որակի վերահսկման (թվային ռեեստրի) կամ մշակութային օբյեկտների փաստաթղթավորման համար :

Կապ չունեցող սկաները կարելի է բաժանել երկու հիմնական խմբի՝ ակտիվ եւ պասիվ սկաներների։ Նրանք իրենք էլ ընկնում են բազմաթիվ ենթաբաժինների մեջ՝ իրենց տեխնոլոգիական սկզբունքով։

Lidar սկաները կարող է օգտագործվել շենքերի, երկրաբանական ձեւավորումների եւ այլն սկանավորելու համար, որպեսզի ստեղծվի եռաչափ մոդելավորում : Նրա շառավիղը ուղղահայաց է շատ լայն հորիզոնի վրա. գլխի հորիզոնական պտույտի շնորհիվ հայելին ուղղում է նրան ուղղահայաց ուղղությամբ : Լազերային գերանը օգտագործվում է գերանը կտրող առաջին առարկայից հեռավորությունը չափելու համար։

3D Lidar սկաները ակտիվ սարք է, որն օգտագործում է լազերային գերան՝ թեման հետազոտելու համար։ Այս տեսակի սկալյարի հիմքում լազերային rangefinder է, որը կարող է հաշվարկել ուսումնասիրված օբյեկտի մակերեւույթից հեռավորությունը՝ հաշվելով անդրադարձված լազերային գերանի պուլսի կլոր ճանապարհորդության համար անհրաժեշտ ժամանակը :

Քանի որ հայտնի է լույսի արագությունը - C - ը, վերադարձման ժամանակը հնարավորություն է տալիս որոշել լույսի միջոցով անցած հեռավորությունը, որը երկու անգամ մեծ է սքաների եւ մակերեսի միջեւ եղած հեռավորությունից ։ Ակնհայտ է, որ սկանների ճշգրտությունը թռիչքի ժամանակ կախված է վերադարձի ժամանակի - T - ի չափման ճշգրտությունից , իմանալով, որ 3,3 պիկոս վայրկյանը մոտավորապես այն ժամանակն է, որը լույսի կողմից վերցվում է միլիմետր ճանապարհորդելու համար ։

Լազերային rangefinder-ը միաժամանակ հայտնաբերում է միայն մեկ կետ այն ուղղությամբ, որով այն որոշվում է։ Դրա համար սարքը սկանավորում է իր ամբողջ տեսադաշտի դաշտը կետ առ կետ եւ յուրաքանչյուր չափումով պետք է փոխի իր դիտման ուղղությունը։ Այն կարող է փոխվել՝ պտտելով սարքն ինքնին կամ օգտագործելով պտտվող հայելիների համակարգ : Վերջին մեթոդը առավել հաճախ կիրառվում է, քանի որ հայելիները ավելի թեթեւ են եւ կարող են ավելի արագ փոխել ուղղությունը ավելի մեծ ճշտությամբ :

3D ժամանակային սկաներները կարող են չափել հեռավորությունը 10 000-ից մինչեւ 100 000 կետից վայրկյանում :

Մեկ այլ տեխնոլոգիա, որն օգտագործվում է լազերային սկաների կողմից տարածությունները չափելու համար, փուլային հերթափոխի չափումն է։ Սքաները արձակում է լազերային գերան, որը օբյեկտի հետ շփման ժամանակ անդրադառնում է դեպի լազերային սկաները : Լազերի արտանետման ալիքի երկարությունը տարբերվում է՝ կախված մատակարարից : Սկալյար հայելին լազերային գերանը ուղղահայաց կերպով վերադարձնում է նույն օբյեկտին : Ուղղանկյան անկյունը կոդավորված է հեռավորության չափման հետ միաժամանակ :

Լազերային սկաները պտտվում է 360° իր վրա հորիզոնական : Հորիզոնական անկյունը հաշվարկվում է հեռավորության չափման հետ միաժամանակ : Հեռավորությունը, ինչպես նաեւ ուղղանկյան եւ հորիզոնական անկյունը տալիս են բեւեռային կոորդինատ (δ, α, β), որը վերածվում է կարտեսյան կոորդինատի (x, y, z)։ Որոշ լազերային սկաներ օգտագործում են փուլային հերթափոխի չափման տեխնոլոգիան, որպեսզի չափեն մակերեւույթից հեռավորությունը : Այս սարքը նախագծում է ինֆրակարմիր լազերային գերան, որը վերադառնում է անդրադարձման սքաներին։ Սա հաշվարկում է հեռավորությունը ամենամոտ միլիմետրին՝ վերլուծելով արտանետվող շառավղի եւ ստացված շառավղի միջեւ փուլային փոփոխությունը։
Հայտնի սինի ալիքի լազերային ճառագումը տարածվում է լազերային աղբյուրի կողմից :

Սա «արձակված լույսն» է : Լազերային գերանի մի մասն արտացոլվում է թիրախից դեպի աղբյուր : Սա կոչվում է «վերադարձի լույս» : Այս «վերադարձ լույսի» փուլը համեմատվում է արտանետվող լույսի հետ, որը հայտնի է «արձակվող լույսի պատմությունը» որոշելու համար։ Երկու գագաթների տարբերությունը կոչվում է փուլային հերթափոխություն : Ստացված փուլային հերթափոխը համապատասխանում է 2π x թռիչքի x մոդուլացման հաճախության ժամին : Փուլային հերթափոխի սկաները հիմնականում ավելի արագ եւ ճշգրիտ են, քան թռիչքի ժամանակային 3D լազերային սկաները, սակայն նրանք ունեն ավելի փոքր ծավալ :

Տրիանգուլյացիոն լազերային սկաները ակտիվ սկաներ է, որը նաեւ օգտագործում է լազերային լույս իր միջավայրը հետազոտելու համար։ Նա գերանով մատնացույց է անում թեման, թե թռիչքի ժամանակ ինչ է տեղի ունենում, եւ լուսանկարչական ապարատի միջոցով գտնում է կետը։
Կախված մակերեւույթի հեռավորությունից՝ կետը հայտնվում է սարքի դիտման դաշտում գտնվող այլ տեղում : Այս մեթոդը կոչվում է տրիանգուլացիա, քանի որ լազերային կետը, տեսախցիկը եւ լազերային էմիտերը կազմում են եռանկյունի : Հայտնի է եռանկյան մի կողմի երկարությունը, տեսախցիկի եւ լազերային էմիտարի միջեւ եղած հեռավորությունը : Հայտնի է նաեւ լազերի արտանետման կողմի անկյունը :

Տեսախցիկի կողմի անկյունը կարելի է որոշել՝ նայելով տեսախցիկի դաշտի լազերային կետի տեղը : Այս երեք տվյալները որոշում են եռանկյան ձեւն ու չափերը եւ տալիս են լազերային կետի դիրքը :
Շատ դեպքերում լազերային լարը, այլ ոչ թե ցուցումը, սկանավորում է առարկան, որպեսզի արագացնի ձեռք բերման գործընթացը։

Կոնոսկոպիկ համակարգում լազերային գերանը պրոյեկտվում է մակերեւույթի վրա, ապա նույն գերանի միջով անդրադարձումը անցնում է բիրեֆրակցենտ բյուրեղի միջով եւ ուղարկվում cDD սենսոր :

Դիֆրակցիայի օրինաչափությունների հաճախությունը կարելի է վերլուծել եւ թույլ տալ որոշել հեռավորությունը այս մակերեւույթից։ Կոնոսկոպիկ հոլոգրաֆիայի հիմնական առավելությունը կոլինեարությունն է, այսինքն՝ չափումն իրականացնելու համար անհրաժեշտ է մեկ գերան (կլոր ճամփորդություն), ինչը թույլ է տալիս չափել, օրինակ, լավ փորված անցքի խորությունը, որը անհնար է տրիանգուլյացիայի միջոցով :

Ձեռքի լազերային սկաները տրիանգուլացիայի սկզբունքից ստեղծում են 3D պատկերներ. լազերային կետը կամ գիծը պրոյեկտվում է օբյեկտի վրա՝ օգտագործելով ձեռքի սարքը, իսկ սենսորը (սովորաբար CDD սենսորը կամ դիրքի զգայուն սարքը) չափում է մակերեւույթից հեռավորությունը :


Դիրքերը գրանցվում են ներքին կոորդինատային համակարգի հետ համեմատած, իսկ սկաներն ինքն է շարժման մեջ իր դիրքը, ապա պետք է չափել :
Դիրքը կարելի է որոշել սկալյարի կողմից՝ օգտագործելով մակերեւույթի վրա սկանավորված (սովորաբար կպչուն անդրադարձման գծեր) կամ օգտագործելով արտաքին հետապնդման մեթոդ։
Այս նույնականացման համար պատասխանատու սարքը հանդիսանում է ներդրված տեսախցիկով սարքավորված եռաչափ չափիչ սարքի տեսքով (սկալյարի կողմնորոշումը սահմանելու համար) կամ ֆոտոմետրիկ սարքի մեջ՝ օգտագործելով երեք կամ ավելի տեսախցիկներ, որոնք թույլ են տալիս սկալյարի ազատության 6 աստիճանները :


Երկու մեթոդներն էլ հակված են օգտագործել ինֆրակարմիր LED-ներ, որոնք ընկալվում են ֆոտոխցիկի (ների) միջոցով ֆիլտրերի միջոցով, որպեսզի տեսնեն դրանք՝ չնայած շրջակա լուսավորությանը։
Ինֆորմացիան հավաքվում է համակարգչի կողմից եւ գրանցվում որպես եռաչափ տարածության մեջ տեղակայված կետերի կոորդինատներ։ Համակարգչային մշակման միջոցով դրանք կարող են տրիանգուլյացիայի միջոցով վերածվել կտավատի, այնուհետեւ՝ համակարգչային մոդելի, առավել հաճախ՝ NURBS մակերեսների տեսքով։
Լազերային ձեռքի սկաներները կարող են միացնել այս տվյալները պասիվ տեսանելի լույսի ընկալիչների հետ – որոնք արձանագրում են textures եւ գույներ – վերակառուցել (տես Reverse Engineering) մոդելի ամբողջական 3D մոդելավորում :

Կառուցված լույսի 3D սկաներները պատկերում են լույսի օրինաչափությունը թեմայի վրա եւ դիտում դրա դեֆորմացիան։ Կաղապարը կարող է լինել մեկ կամ երկչափ :

Օրինակ՝ տողը դիտարկենք որպես մեկական օրինաչափություն։ Այն պրոյեկտվում է այս թեմայով՝ օգտագործելով LCD կամ լազերային պրոյեկտոր : Տեսախցիկը փոքր-ինչ անջատվում է պրոյեկտորից, արձանագրում է դրա հնարավոր դեֆորմացիան : Եռանկյունաչափության նմանվող տեխնիկան օգտագործվում է հեռավորությունը հաշվելու համար, հետեւաբար այն ներկայացնող կետերի դիրքը : Կաղապարը սկանավորում է տեսադաշտի դաշտը, որպեսզի ձայնագրի հեռավորության մասին ինֆորմացիան մեկ առ մեկ :

Այժմ բերենք կաղապարի օրինակը ցանցի կամ սթրիփի տեսքով : Ֆոտոխցիկն օգտագործվում է դեֆորմացիաները գրանցելու համար, իսկ բարդ համակարգչային ծրագիրը օգտագործվում է այս կաղապարը կազմող կետերի հեռավորությունները հաշվելու համար։
Բարդույթը պայմանավորված է անորոշությամբ : Նկատի առնենք ուղղահայաց կապանքների մի խումբ, որը հորիզոնական կերպով ավլում է որեւէ թեմա։ Պարզագույն դեպքում վերլուծությունը հիմնված է այն ենթադրության վրա, որ ձախից աջ երեւացող կապանքների հաջորդականությունը համապատասխանում է պրոյեկտված լազերային պատկերին, այնպես որ ձախակողմյան խմբի պատկերն իսկապես առաջինն է լազերային պրոյեկցիայից, հաջորդը երկրորդն է եւ այլն :

Ոչ աննշան թիրախների դեպքում անցքերով, օկցիդներով, արագ խորությամբ փոփոխություններով, սակայն, կարգն այլեւս անպայման չի ստուգվում, քանի որ խմբերը հաճախ թաքնված են լինում եւ կարող են նույնիսկ հայտնվել այլ հերթականությամբ, ինչը հանգեցնում է լազերային կապանքների անհասկանալիության :

Այս կոնկրետ խնդիրը վերջերս լուծվեց տեխնոլոգիական առաջընթացի արդյունքում, որը կոչվում էր Multistripe Laser Triangulation (MLT)։ 3D սկան անելը դեռեւս հետազոտությունների ակտիվ ոլորտ է, որը ամեն տարի բազմաթիվ հրատարակությունների առիթ է տալիս։

Կառուցված լույսի 3D սկաների ուժեղ կետը նրա արագությունն է : Միանգամից մեկ կետ սկան անելու փոխարեն՝ միանգամից աչքի են անցկացնում ամբողջ դաշտը։ Սա սահմանափակում է կամ վերացնում է շարժողականության հետ կապված աղավաղման խնդիրները : Գոյություն ունեցող համակարգերը ունակ են իրական ժամանակում սկան անել շարժվող օբյեկտները : Վերջերս Սոնգ Ժանգը եւ Փեյզեն Հուանգը Սթոնի Բրուքի համալսարանից մշակել են թռիչքի սկաներ՝ օգտագործելով թվային եզրի պրոյեկցիա եւ մոդուլացված փուլային տեխնիկա (մեկ այլ կառուցված լույսի մեթոդ)։
Այս համակարգն ունակ է ժամանակի ընթացքում դեֆորմացվող օբյեկտների (օրինակ՝ դեմքի արտահայտման) մանրուքները նկարել, վերակառուցել եւ ներկայացնել վայրկյանում 40 կադր արագությամբ :

Լույսի մոդուլացված 3D սկաները նյութը լուսավորում են փոփոխվող լույսով : Սովորաբար լույսի աղբյուրն ունի ցիկլ, որի ամպլիտուդը նկարագրում է սինուսոիդային օրինաչափությունը։ Ֆոտոխցիկը հայտնաբերում է արտացոլված լույսը, չափում է նրա տարբերակման աստիճանը եւ որոշում է, թե որքան հեռու է անցել լույսը։
Մոդուլացված լույսը նաեւ թույլ է տալիս սկալյարին անտեսել լույսի աղբյուրը, բացի լազերից, այնպես որ միջամտություն չկա։

Ոչ կոնտակտային - պասիվ սկալյար, ոչ մի տիպի ճառագայթման հաղորդիչ չլինելով, հիմնված է արտացոլված ամբիտալ ճառագայթման հայտնաբերման վրա :

Այս տեսակի սկաների մեծ մասը հայտնաբերում է տեսանելի լույսը, քանի որ այն անմիջապես հասանելի է : Կարող են օգտագործվել նաեւ ճառագայթման այլ տեսակներ, օրինակ՝ ինֆրակարմիր ճառագայթումը։ Պասիվ մեթոդները կարող են էժանանալ, քանի որ դեպքերի մեծամասնությունում դրանք չեն պահանջում հատուկ հաղորդիչ սարք։

Ստերեոսկոպիկ համակարգերը սովորաբար օգտագործում են երկու տեսանկարահանող ապարատներ, որոնք փոքր-ինչ իրարից անջատված են՝ մատնացույց անելով նույն տեսարանը։ Վերլուծելով երկու սարքերի պատկերների միջեւ եղած փոքր տարբերությունները՝ հնարավոր է որոշել պատկերի յուրաքանչյուր կետից հեռավորությունը : Այս մեթոդը հիմնված է մարդու ստերեոսկոպիկ տեսողության վրա5.

3D սկաներների այս տեսակները օգտագործում են հակադարձ ֆոնի դիմաց եռաչափ օբյեկտի շուրջ արված լուսանկարների հաջորդականությունից ստեղծված կոնտուրները : Այս սիլուետները առանձնացվում են իրենց ծագումից եւ հավաքվում են միմյանց մոտ՝ տեսախցիկի պտտման առանցքի տեղում, որպեսզի ձեւավորեն օբյեկտի մոտավոր «վիզուալ խեցին»։ Այս տեսակի մեթոդների շնորհիվ առարկայի բոլոր տեսակի միանմանությունը, ինչպես ամանի ներսը, չի հայտնաբերվում ։


Սկաններ, որոնք դիմում են օգտագործողի օգնությանը
Գոյություն ունեն նաեւ այլ մեթոդներ, որոնք հիմնված են օբյեկտի տարբեր պատկերների շարքի առանձնահատկությունների եւ ձեւերի օգտագործողի օգնությամբ հայտնաբերման եւ դրանց բնորոշման վրա, որոնք հնարավոր են դարձնում դրա մոտարկումը։ Այս տեսակի տեխնիկան օգտակար է այն բանի համար, որ արագորեն մոտեցվեն այնպիսի առարկային, որը կազմված է պարզ ձեւերից, օրինակ՝ շենքերից։ Տարբեր կոմերցիոն ծրագրեր ընդունակ են նման iModeller, D-Sculptor կամ RealViz-ImageModeler.

3D սկաների այս տիպերը հիմնված են ֆոտոգրամմետրիայի սկզբունքների վրա։ Ինչ-որ ձեւով օգտագործում են պանորամիկական լուսանկարչության նման մեթոդաբանություն, բացառությամբ այն բանի, որ ֆիքսված կետից պատկերներ վերցնելու փոխարեն՝ պատկերների շարքը տարբեր կետերից վերցվում է ֆիքսված առարկայից, որպեսզի այն կրկնվի։

Սքաների հավաքած տվյալների մոդելավորում
3D սկալյարների արտադրած կետային ամպերը հաճախ չեն կիրառվում, ինչպես որ կա : Դիմումների մեծ մասը դրանք ուղղակիորեն չեն օգտագործում, այլ փոխարենը օգտագործում են 3D մոդելավորում : Սա ենթադրում է, օրինակ, 3D բազմանկյուն մոդելավորման համատեքստում, որոշել եւ միացնել հարակից կետերը, որպեսզի ստեղծվի անընդհատ մակերես : Այս աշխատանքի համար հասանելի են մեծ թվով ալգորիթմներ (օրինակ՝ ֆոտոմոդել, imagemodel) :