Perangkat ini banyak digunakan oleh industri hiburan untuk film atau video game. Gambar digital 3D objek yang dipindai juga digunakan untuk desain industri, desain prostesis, reverse engineering, quality control (repositori digital) atau untuk dokumentasi objek budaya.

Pemindai nirsentuh dapat dibagi menjadi dua kategori utama, pemindai aktif dan pasif. Mereka sendiri jatuh ke banyak subkategori sesuai dengan prinsip teknologi mereka.

Pemindai Lidar dapat digunakan untuk memindai bangunan, formasi geologis, dll untuk menghasilkan pemodelan tiga dimensi. Radiusnya dapat diorientasikan di atas cakrawala yang sangat luas : berkat rotasi horizontal kepalanya, cermin mengarahkannya secara vertikal. Sinar laser digunakan untuk mengukur jarak dari objek pertama yang memotong balok.

Pemindai Lidar 3D adalah perangkat aktif yang menggunakan sinar laser untuk menyelidiki subjek. Inti dari jenis pemindai ini adalah rangefinder laser untuk menghitung jarak dari permukaan objek yang dipelajari dengan menghitung waktu yang diperlukan untuk perjalanan pulang pergi dari denyut sinar laser yang dipantulkan.

Karena kecepatan cahaya - C - diketahui, waktu pengembalian memungkinkan untuk menentukan jarak yang di tempuh oleh cahaya, yang dua kali jarak antara pemindai dan permukaan. Jelas, akurasi pemindai pada saat penerbangan tergantung pada akurasi pengukuran waktu kembali - T -, mengetahui bahwa 3,3 picoseconds adalah kira-kira waktu yang diambil oleh cahaya untuk melakukan perjalanan milimeter.

Rangefinder laser hanya mendeteksi satu titik pada satu waktu ke arah di mana ia diarahkan. Untuk melakukan ini, perangkat memindai seluruh bidang pandangnya dari titik demi titik dan harus mengubah arah pandangnya dengan setiap pengukuran. Ini dapat diubah dengan memutar perangkat itu sendiri atau dengan menggunakan sistem cermin berputar. Metode terakhir adalah yang paling umum digunakan karena cermin lebih ringan dan dapat mengubah arah lebih cepat dengan akurasi yang lebih besar.

Pemindai waktu penerbangan 3D dapat mengukur jarak dari 10.000 hingga 100.000 poin per detik.

Teknologi lain yang digunakan oleh pemindai laser untuk mengukur jarak adalah pengukuran pergeseran fase. Pemindai memancarkan sinar laser yang, pada kontak dengan objek, dipantulkan kembali ke pemindai laser. Panjang gelombang emisi laser bervariasi tergantung pada pemasok. Cermin pemindai mengembalikan sinar laser secara vertikal ke objek yang sama. Sudut vertikal dikodekan pada saat yang sama dengan pengukuran jarak.

Pemindai laser berputar 360° pada dirinya sendiri secara horizontal. Sudut horizontal dihitung bersamaan dengan pengukuran jarak. Jarak serta sudut vertikal dan horizontal memberikan koordinat kutub (δ, α, β) yang dikonversi menjadi koordinat karnesia (x, y, z). Beberapa pemindai laser menggunakan teknologi pengukuran pergeseran fase untuk mengukur jarak dari permukaan. Perangkat memproyeksikan sinar laser inframerah yang kembali ke pemindai pantulan. Ini menghitung jarak ke milimeter terdekat dengan menganalisis pergeseran fase antara radius yang dipancarkan dan radius yang diterima.
Sinar laser gelombang sinus yang dikenal difus oleh sumber laser.

Ini adalah "cahaya yang dipancarkan". Bagian dari sinar laser tercermin dari target ke sumbernya. Ini disebut "lampu kembali". Fase "lampu kembali" ini dibandingkan dengan cahaya yang dipancarkan yang diketahui untuk menentukan "sejarah cahaya yang dipancarkan". Perbedaan antara dua puncak disebut pergeseran fase. Pergeseran fase yang diperoleh sesuai 2π x waktu penerbangan x frekuensi modulasi. Pemindai shift fase umumnya lebih cepat dan lebih akurat daripada pemindai laser 3D time-of-flight, tetapi mereka memiliki jangkauan yang lebih kecil.

Pemindai laser triangulasi adalah pemindai aktif yang juga menggunakan cahaya laser untuk menyelidiki lingkungannya. Dia menunjuk ke subjek dengan balok adapun satu dalam waktu penerbangan dan menggunakan kamera untuk menemukan titik.
Tergantung pada jarak ke permukaan, titik muncul di tempat yang berbeda di bidang tampilan perangkat. Teknik ini disebut triangulasi karena titik laser, kamera dan laser emitor membentuk segitiga. Panjang satu sisi segitiga, jarak antara kamera dan pemancar laser diketahui. Sudut sisi pemancar laser juga diketahui.

Sudut sisi kamera dapat ditentukan dengan melihat lokasi titik laser di bidang pandang kamera. Ketiga data ini menentukan bentuk dan dimensi segitiga dan memberikan posisi titik laser.
Dalam kebanyakan kasus, strip laser, bukan titik, memindai objek untuk mempercepat proses akuisisi.

Dalam sistem konoskopi, sinar laser diproyeksikan ke permukaan, kemudian pantulan melalui balok yang sama melewati kristal birefringent dan dikirim ke sensor CDD.

Frekuensi pola difraksi dapat dianalisis dan memungkinkan untuk menentukan jarak dari permukaan ini. Keuntungan utama holografi konoskopis adalah kollinearitas, yaitu mengatakan bahwa balok tunggal (pulang pergi) diperlukan untuk melakukan pengukuran, memungkinkan untuk mengukur misalnya kedalaman lubang yang dibor halus yang tidak mungkin oleh triangulasi.

Pemindai laser manual membuat gambar 3D dari prinsip triangulasi : titik atau garis laser diproyeksikan ke objek menggunakan perangkat manual dan sensor (biasanya sensor CDD atau perangkat sensitif posisi) mengukur jarak dari permukaan.


Posisi dicatat relatif terhadap sistem koordinat internal dan pemindai itu sendiri bergerak posisinya kemudian harus diukur.
Posisi dapat ditentukan oleh pemindai menggunakan landmark karakteristik pada permukaan yang dipindai (biasanya strip reflektif perekat) atau menggunakan metode pelacakan eksternal.
Perangkat yang bertanggung jawab untuk identifikasi ini adalah dalam bentuk mesin pengukur tiga dimensi yang dilengkapi dengan kamera tertanam (untuk menentukan orientasi pemindai) atau dalam perangkat fotogrametri menggunakan tiga kamera atau lebih yang memungkinkan enam derajat kebebasan pemindai.


Kedua teknik ini cenderung menggunakan LED inframerah yang dimasukkan ke dalam pemindai yang dirasakan oleh kamera (s) melalui filter untuk melihatnya meskipun pencahayaan sekitar.
Informasi ini dikumpulkan oleh komputer dan dicatat sebagai koordinat titik yang terletak di ruang tiga dimensi, menggunakan pemrosesan komputer ini dapat dikonversi dengan triangulasi menjadi kanvas dan kemudian menjadi model komputer, paling sering dalam bentuk permukaan NURBS.
Pemindai genggam laser dapat menggabungkan data ini dengan penerima cahaya pasif yang terlihat - yang merekam tekstur dan warna - untuk merekonstruksi (lihat Reverse Engineering) pemodelan 3D lengkap dari model.

Pemindai 3D cahaya terstruktur memproyeksikan pola cahaya ke subjek dan mengamati deformasinya. Polanya bisa satu atau dua dimensi.

Misalnya, pertimbangkan garis sebagai pola satu dimensi. Ini diproyeksikan pada subjek menggunakan LCD atau proyektor laser. Kamera sedikit diimbangi dari proyektor, merekam kemungkinan deformasinya. Teknik yang mirip dengan triangulasi digunakan untuk menghitung jarak, dan karena itu posisi poin yang mewakilinya. Pola memindai bidang pandang untuk merekam informasi jarak satu band sekaligus.

Sekarang mari kita ambil contoh pola dalam bentuk grid atau strip. Kamera digunakan untuk merekam deformasi dan program komputer yang kompleks digunakan untuk menghitung jarak titik yang menyusun pola ini.
Kompleksitasnya karena ambiguitas. Pertimbangkan sekelompok pita vertikal secara horizontal menyapu subjek. Dalam kasus yang paling sederhana, analisis didasarkan pada asumsi bahwa urutan pita yang terlihat dari kiri ke kanan sesuai dengan gambar laser yang diproyeksikan, sehingga gambar pita paling kiri memang yang pertama dari proyeksi laser, berikutnya adalah yang kedua dan sebagainya.

Dalam kasus target non-sepele dengan lubang, oklusi, perubahan kedalaman yang cepat, namun, pesanan tidak lagi harus diverifikasi karena pita sering disembunyikan dan bahkan dapat muncul dalam urutan yang berbeda, menimbulkan ambiguitas pita laser.

Masalah khusus ini baru-baru ini diselesaikan oleh kemajuan teknologi yang disebut Multistripe Laser Triangulation (MLT). Pemindaian 3D cahaya terstruktur masih merupakan area aktif penelitian yang memunculkan banyak publikasi setiap tahun.

Titik kuat pemindai 3D cahaya terstruktur adalah kecepatannya. Alih-alih memindai satu titik sekaligus, mereka memindai seluruh bidang pandang sekaligus. Ini membatasi atau menghilangkan masalah distorsi yang terkait dengan gerakan. Sistem yang ada mampu memindai objek bergerak secara real time. Baru-baru ini, Song Zhang dan Peisen Huang dari Stony Brook University mengembangkan pemindai on-the-fly menggunakan proyeksi pinggiran digital dan teknik fase yang dimodulasi (metode cahaya terstruktur lainnya).
Sistem ini mampu menangkap, merekonstruksi, dan merender detail objek yang berubah bentuk dari waktu ke waktu (seperti ekspresi wajah) pada kecepatan 40 frame per detik.

Pemindai 3D yang dimodulasi cahaya menerangi subjek dengan cahaya yang berubah. Biasanya, sumber cahaya memiliki siklus yang amplitudonya menggambarkan pola sinusoidal. Kamera mendeteksi cahaya yang dipantulkan, mengukur tingkat variasinya, dan menentukan jarak yang telah dialirkan cahaya.
Cahaya yang dimodulasi juga memungkinkan pemindai untuk mengabaikan sumber cahaya selain laser, sehingga tidak ada gangguan.

Non-kontak - pemindai pasif, tidak menjadi pemancar dari segala jenis radiasi, didasarkan pada deteksi radiasi sekitar yang dipantulkan.

Sebagian besar pemindai jenis ini mendeteksi cahaya yang terlihat karena segera tersedia. Jenis radiasi lainnya, seperti inframerah, juga dapat digunakan. Metode pasif bisa murah, karena dalam sebagian besar kasus mereka tidak memerlukan perangkat transmisi tertentu.

Sistem stereoskopis biasanya menggunakan dua kamera video, sedikit terpisah, menunjuk ke adegan yang sama. Dengan menganalisis sedikit perbedaan antara gambar kedua perangkat, dimungkinkan untuk menentukan jarak dari setiap titik dalam gambar. Metode ini didasarkan pada visi stereoskopis manusia5.

Jenis pemindai 3D ini menggunakan kontur yang dibuat dari urutan foto yang diambil di sekitar objek tiga dimensi di depan latar belakang yang kontras. Siluet ini terlepas dari latar belakang mereka dan dirakit satu sama lain di tempat sumbu rotasi kamera untuk membentuk "cangkang visual" perkiraan objek. Dengan jenis teknik ini semua jenis konavitas objek - seperti bagian dalam mangkuk - tidak terdeteksi.


Pemindai meminta bantuan pengguna
Ada metode lain, berdasarkan deteksi dan identifikasi fitur dan bentuk yang dibantu pengguna dari serangkaian gambar objek yang berbeda, yang memungkinkan untuk membangun perkiraannya. Jenis teknik ini berguna untuk membuat perkiraan objek yang terdiri dari bentuk sederhana dengan cepat seperti bangunan. Berbagai perangkat lunak komersial mampu melakukan ini seperti iModeller, D-Sculptor atau RealViz-ImageModeler.

Jenis pemindai 3D ini didasarkan pada prinsip fotogrametri. Dengan cara mereka menggunakan metodologi yang mirip dengan fotografi panorama, kecuali bahwa alih-alih mengambil gambar dari titik tetap untuk mengambil panorama, serangkaian gambar dari titik yang berbeda diambil dari objek tetap untuk mereplikasinya.

Pemodelan data yang dikumpulkan oleh pemindai
Titik awan yang dihasilkan oleh pemindai 3D sering tidak dapat digunakan apa adanya. Sebagian besar aplikasi tidak menggunakannya secara langsung, tetapi menggunakan pemodelan 3D. Ini melibatkan, misalnya, dalam konteks pemodelan poligonal 3D, menentukan dan menghubungkan titik-titik yang berdekatan untuk menciptakan permukaan yang berkelanjutan. Sejumlah besar algoritma tersedia untuk pekerjaan ini (misalnya, photomodeler, imagemodel).