三维扫描仪是什么?

2021-12-14

  三维扫描仪是一种科学仪器,用来探测和分析真实世界中物体或环境的形状(几何结构)和外观数据(例如颜色、表面反射率等)。所收集的数据通常被用来进行三维重建计算,并在虚拟世界中建立实际物体的数字模型。

  三维扫描仪的制作不依赖于单一的技术,各种不同的重建方法各有利弊,费用也有高低。由于缺乏通用的重构技术,仪器和方法往往受到物体表面特征的限制。例如,光学技术很难处理闪光(高反射率)、镜面或半透明表面,激光技术不适用于脆弱或易变质的表面。3D扫描器的作用是建立物体几何面的点云,它能被用于插入物体的表面形状,从而创造出更加精确的模型。若光学技术不易处理闪光(高反射率)、镜面或半透明表面,激光技术不能用于脆弱或易变质的表面。

  三维扫描仪可以和照相机一样,视野范围是圆锥形,信息采集被限制在一定的范围内。两个不同之处在于,相机捕捉的是颜色信息,而三维扫描则测量距离。因为所测得的结果包含了深度信息,所以我们通常称之为深度视频或距离视频。

  三维扫描仪扫描范围有限,常常需要改变扫描仪与目标物的相对位置,或将物体置于电动转盘上,通过对拼凑对象的完整模型进行多次扫描。整合多重片面模型的技术被称为视频匹配,它涉及一种三维比较法。

  3D扫描分为接触和非接触。后一种扫描可以分为主动扫描(活动)和被动扫描,在这两类下,有很多种技术方法。用可见光视频重构的方法,也称为基于机器视觉的方法,是当前机器视觉研究的主流之一。

  触点三维扫描仪是一种典型的接触式三维扫描仪,它是通过实际与物体表面的接触来计算深度的,与其它方法相比,接触扫描所需的时间较长。在发射每一种激光信号时,激光测距器只能测量单点到仪器的距离。所以,如果扫描器要扫描整个视野,每一个激光信号都要从不同的角度发射。这样一种激光测距仪可以通过系统中水平旋转的镜来达到这个目的。旋镜由于其轻巧、快速、准确,被广泛应用于各种场合。

  三角形测距三维激光扫描器也是一种利用激光探测环境条件的主动扫描仪,之所以叫三角测距法,是因为激光光点及照相机本身都是由激光本身组成的三角形。本文提出了一个条件,即激光到摄像机的距离以及激光在三角形内的角度。根据照相机图像中激光点的位置,我们可以确定相机在三角形内的角度。用三种条件确定一个三角形,并计算被测物体的距离。很多情况下,通过对被测物体进行扫描,用一线激光条纹取代单个激光点,对目标进行扫描,可以加快整个测量过程。

  手持激光扫描仪通过上述三角距离测量方法,构造三维图形:用手持装置发射激光点或线性激光。要测量被测物体表面与手持激光产品之间的距离(电耦合组件或位置传感器组件),通常需要使用一个特定的引用点--通常是粘滞且可反射的贴片--作为扫描器在空间上的定位和校准。扫描器得到的数据会被输入到电脑中,由软件转化成3D模型。手持激光扫描仪通常将被动(可见光)获取的数据(例如被测物体的结构和颜色分布)组合在一起,构造出更完整的3D待测物体模型。