Tieto zariadenia sú často používané v zábavnom priemysle pre filmy alebo videohry. 3D digitálne obrazy naskenovaných objektov sa používajú aj na priemyselný dizajn, protézový dizajn, reverzné inžinierstvo, kontrolu kvality (digitálny repozitár) alebo na dokumentáciu kultúrnych objektov.

Bezkontaktné skenery možno rozdeliť do dvoch hlavných kategórií, aktívnych a pasívnych skenerov. Sami spadajú do mnohých podkategórií podľa svojho technologického princípu.

Skener Lidar možno použiť na skenovanie budov, geologických formácií atď. Jeho polomer je orientovaný na veľmi široký horizont : vďaka horizontálnemu otáčaniu hlavy ho zrkadlo nasmeruje vertikálne. Laserový lúč sa používa na meranie vzdialenosti od prvého objektu rezaného lúčom.

Skener 3D Lidar je aktívne zariadenie, ktoré používa laserový lúč na sondovanie objektu. Srdcom tohto typu skenera je laserový diaľkomer na výpočet vzdialenosti od povrchu skúmaného objektu počítaním času potrebného na spiatočný let impulzu odrazeného laserového lúča.

Keďže rýchlosť svetla - C - je známa, čas návratu umožňuje určiť vzdialenosť prejdenú svetlom, čo je dvojnásobok vzdialenosti medzi skenerom a povrchom. Je zrejmé, že presnosť skenera v čase letu závisí od presnosti merania času návratu - T -, s vedomím, že 3,3 pikosekúnd je približne čas, ktorý svetlo zabral na cestovanie milimetra.

Laserový zameriavač detekuje iba jeden bod v smere, v ktorom je nasmerený. Za týmto cieľom zariadenie skenuje celé svoje zorné pole podľa bodu a pri každom meraní musí zmeniť svoj smer pohľadu. Dá sa zmeniť otočením samotného zariadenia alebo pomocou systému otočných zrkadiel. Druhá metóda je najbežnejšie používaná, pretože zrkadlá sú ľahšie a môžu meniť smer rýchlejšie s väčšou presnosťou.

3D skenery času letu dokážu merať vzdialenosť od 10 000 do 100 000 bodov za sekundu.

Ďalšou technológiou, ktorú používajú laserové skenery na meranie vzdialeností, je meranie fázového posunu. Skener vyžaruje laserový lúč, ktorý sa pri kontakte s objektom odráža späť do laserového skenera. Emisná vlnová dĺžka lasera sa líši v závislosti od dodávateľa. Zrkadlo skenera vráti laserový lúč vertikálne k tomu istému objektu. Vertikálny uhol je kódovaný súčasne s meraním vzdialenosti.

Laserový skener sa otáča o 360° samostatne horizontálne. Horizontálny uhol sa vypočíta súčasne s meraním vzdialenosti. Vzdialenosť, ako aj vertikálny a horizontálny uhol poskytujú polárnu súradnicu (δ, α, β), ktorá sa konvertuje na karteziánsku súradnicu (x, y, z). Niektoré laserové skenery používajú technológiu merania fázového posunu na meranie vzdialenosti od povrchu. Zariadenie premieta infračervený laserový lúč, ktorý sa vracia do odrazového skenera. Tým sa vypočíta vzdialenosť k najbližšiemu milimetra analýzou fázového posunu medzi emitovaným polomerom a prijatým polomerom.
Laserový lúč známej sínusovej vlny je rozptýlený laserovým zdrojom.

Toto je "vyžarované svetlo". Časť laserového lúča sa odráža od cieľa k zdroju. Toto sa nazýva "spätné svetlo". Fáza tohto "spätného svetla" sa porovná s fázou vyžarovaného svetla, o ktorých je známe, že určujú "históriu vyžarovaného svetla". Rozdiel medzi týmito dvoma vrcholmi sa nazýva fázový posun. Získaný fázový posun zodpovedá 2π x času letu x modulačnej frekvencii. Skenery s fázovým posunom sú vo všeobecnosti rýchlejšie a presnejšie ako 3D laserové skenery počas letu, ale majú menší dosah.

Triangulačný laserový skener je aktívny skener, ktorý tiež používa laserové svetlo na sondovanie svojho prostredia. Ukazuje na objekt s lúčom ako na jeden v čase letu a používa kameru na nájdenie bodu.
V závislosti od vzdialenosti od povrchu sa bod zobrazí na inom mieste v zorných polech zariadenia. Táto technika sa nazýva triangulácia, pretože laserový bod, kamera a laserový vysielač tvoria trojuholník. Dĺžka jednej strany trojuholníka, vzdialenosť medzi fotoaparátom a laserovým vysielačom je známa. Uhol strany laserového vysielača je tiež známy.

Uhol strany kamery je možné určiť pohľadom na umiestnenie laserového bodu v zorovom poli fotoaparátu. Tieto tri údaje určujú tvar a rozmery trojuholníka a dávajú polohu laserového bodu.
Vo väčšine prípadov laserový pásik namiesto bodky skenuje objekt, aby urýchlil proces akvizície.

V conoskopickom systéme sa laserový lúč premieta na povrch, potom odraz cez ten istý lúč prechádza cez birefringentný kryštál a je odoslaný do snímača CDD.

Frekvencia difrakčné vzory môžu byť analyzované a umožňuje určiť vzdialenosť od tohto povrchu. Hlavnou výhodou konoskopickej holografie je kolinearita, to znamená, že na vykonanie merania je potrebný jeden lúč (spiatočná cesta), čo umožňuje merať napríklad hĺbku jemne vyvŕtaného otvoru, ktorá nie je možná trianguláciou.

Manuálne laserové skenery vytvárajú 3D obrazy z princípu triangulácie : laserový bod alebo čiara sa premietajú na objekt pomocou manuálneho zariadenia a snímač (zvyčajne cdd snímač alebo zariadenie citlivé na polohu) meria vzdialenosť od povrchu.


Polohy sa zaznamenávajú vzhľadom na vnútorný súradnicový systém a samotný skener je v pohybe, jeho poloha sa potom musí merať.
Polohu môže určiť skener pomocou charakteristických orientačných bodiek na snímanom povrchu (zvyčajne lepiace reflexné pásy) alebo metódou externého sledovania.
Zariadenie zodpovedné za túto identifikáciu má formu trojrozmerného meracieho prístroja vybaveného vstavanou kamerou (na definovanie orientácie skenera) alebo fotogrametrického zariadenia s použitím troch alebo viacerých kamier umožňujúcich šesť stupňov voľnosti skenera.


Obe techniky majú tendenciu používať infračervené LED diódy zabudované do skenera, ktoré sú vnímané kamerou (kamerami) prostredníctvom filtrov, aby ich videli napriek okolitému osvetleniu.
Informácie zhromažďuje počítač a zaznamenávajú sa ako súradnice bodov umiestnených v trojrozmernom priestore, pomocou počítačového spracovania ich možno premeniť trianguláciou na plátno a potom na počítačový model, najčastejšie vo forme nurbs povrchov.
Laserové ručné skenery môžu kombinovať tieto údaje s pasívnymi viditeľnými svetelnými prijímačmi – ktoré zaznamenávajú textúry a farby – na rekonštrukciu (pozri Reverzné inžinierstvo) kompletného 3D modelovania modelu.

Štruktúrované svetelné 3D skenery premietajú svetelný vzor na objekt a pozorujú jeho deformáciu. Vzor môže byť jedno- alebo dvojrozmerný.

Čiaru napríklad považujme za jednorozmerný vzor. Premieta sa na objekt pomocou LCD alebo laserového projektora. Kamera mierne posunutá od projektora zaznamenáva jeho možnú deformáciu. Na výpočet vzdialenosti sa používa technika podobná triangulácii, a teda poloha bodov, ktoré ju reprezentujú. Vzorka skenuje zorné pole, aby zaznamenávala informácie o vzdialenosti po jednom pásme.

Teraz si vezmime príklad vzoru vo forme mriežky alebo pásu. Kamera sa používa na zaznamenávanie deformácií a na výpočet vzdialeností bodov tvoriacich tento vzor sa používa komplexný počítačový program.
Zložitosť je spôsobená nejednoznačnosťou. Zvážte skupinu vertikálnych pásiem horizontálne zametanie predmetu. V najjednoduchšom prípade je analýza založená na predpoklade, že postupnosť pásiem viditeľných zľava doprava zodpovedá sekvencii premietaného laserového obrazu, takže obraz najľavejšieho pásma je skutočne prvý z laserovej projekcie, ďalší je druhý a tak ďalej.

V prípade netriviálnych cieľov s otvormi, oklúziami, rýchlymi zmenami hĺbky sa však poradie už nemusí nevyhnutne overovať, pretože pásma sú často skryté a môžu sa dokonca objaviť v inom poradí, čo vedie k nejednoznačnosti laserových pásiem.

Tento špecifický problém bol nedávno vyriešený technologickým pokrokom nazývaným Multistripe Laser Triangulation (MLT). Štruktúrované ľahké 3D skenovanie je stále aktívnou oblasťou výskumu, ktorá každý rok vedie k mnohým publikáciám.

Silným bodom štruktúrovaných svetelných 3D skenerov je jeho rýchlosť. Namiesto skenovania po jednom mieste skenujú celé zorné pole naraz. To obmedzuje alebo eliminuje problémy s skreslením súvisiace s pohybom. Existujúce systémy sú schopné skenovať pohybujúce sa objekty v reálnom čase. Nedávno Song Zhang a Peisen Huang zo Stony Brook University vyvinuli skener za letu s použitím projekcie digitálneho okraja a modulovanej fázovej techniky (ďalšia štruktúrovaná svetelná metóda).
Tento systém je schopný zachytiť, rekonštruovať a vykresliť detaily objektov, ktoré sa deformujú v priebehu času (napríklad výraz tváre) rýchlosťou 40 snímok za sekundu.

Svetlo modulované 3D skenery osvetľujú objekt meniacim sa svetlom. Zvyčajne má svetelný zdroj cyklus, ktorého amplitúda opisuje sínusoidný vzor. Kamera detekuje odrazené svetlo, meria rozsah jeho variácie a určuje vzdialenosť, ktorú svetlo prejde.
Modulované svetlo tiež umožňuje skeneru ignorovať iný zdroj svetla ako laser, takže dochádza k žiadnemu rušeniu.

Bezkontaktné - pasívne skenery, ktoré nie sú vysielačom žiadneho typu žiarenia, sú založené na detekcii odrazeného okolitého žiarenia.

Väčšina skenerov tohto typu rozpozná viditeľné svetlo, pretože je okamžite k dispozícii. Môžu sa použiť aj iné typy žiarenia, ako napríklad infračervené žiarenie. Pasívne metódy môžu byť lacné, pretože vo väčšine prípadov nevyžadujú špecifické vysielacie zariadenie.

Stereoskopické systémy zvyčajne používajú dve videokamery, mierne rozmiestnené od seba, ukazujúce na tú istú scénu. Analýzou miernych rozdielov medzi obrázkami týchto dvoch zariadení je možné určiť vzdialenosť od každého bodu na obrázku. Táto metóda je založená na ľudskom stereoskopickom videní5.

Tieto typy 3D skenerov používajú obrysy vytvorené sekvenciou fotografií zhotovených okolo trojrozmerného objektu pred kontrastným pozadím. Tieto siluety sú oddelené od ich pozadia a navzájom zmontované v mieste osi otáčania kamery, aby vytvorili "vizuálnu škrupinu" aproximáciu objektu. Pri tomto type techník nie sú detekované všetky druhy konkávne objektu - ako vo vnútri misy.


Skenery požadujúce pomoc používateľa
Existujú aj iné metódy založené na detekcii pomocou používateľa a identifikácii vlastností a tvarov série rôznych obrazov objektu, ktoré umožňujú vytvoriť jeho aproximáciu. Tento typ techník je užitočný na rýchle aproximáciu objektu zloženého z jednoduchých tvarov, ako sú budovy. Rôzne komerčné softvér sú schopné to, ako iModeller, D-Sochár alebo RealViz-ImageModeler.

Tieto typy 3D skenerov sú založené na princípoch fotogrametrie. Spôsobom, akým používajú metodológiu podobnú panoramatickému fotografovaniu, okrem toho, že namiesto fotografovania z pevného bodu na zhotovenie panorámy sa z pevného objektu odfotografuje séria obrázkov z rôznych bodov.

Modelovanie údajov zhromaždených skenerom
Bodové mraky produkované 3D skenermi často nie sú použiteľné tak, ako sú. Väčšina aplikácií ich nepoužíva priamo, ale namiesto toho používa 3D modelovanie. To zahŕňa napríklad v kontexte 3D mnohouholníkového modelovania, určovania a spájania priľahlých bodov s cieľom vytvoriť súvislý povrch. Pre túto prácu je k dispozícii veľké množstvo algoritmov (napríklad fotomodeler, imagemodel).