各種不同的3D掃描技術原理知多點

3D掃描技術種類介紹

3D掃描已經存在了很長一段時間,但是近年來,這種技術的普及化突然加速。如今,我們可以看到3D掃描用於工業原型製作,歷史文物保存,電影製作和電視遊戲開發等等。 3D掃描其實分了很多種,而每一種都有它的獨特之處,今天就為大家介紹一下各種3D Scan技術原理。

表面輪廓測定機3D掃描技術

表面輪廓測定機3D掃描技術 coordinate measuring machine(CMM)主要用於測量零件。而CMM也是有別於一般的3D掃描技術原理。CMM 3D掃描機有一條類似探針的部件來測量物件表面輪廓,從未得出準確的3D物件數據。探針末端部具有一個小球,透過CMM的編程,當探針末端的小球接觸到物件表面時,便能得對物件每一點的XYZ軸測量值。為了非常精確地將零件測量到幾微米,CMM 3D掃描機通常部署在受控的檢查室中,包括設有加固地板以防受到外來的震動影響。

以下是利用表面輪廓測定機3D Scan技術的示範:

 

結構光3D掃描技術

結構光(structured  light,也有人叫白光)的 3D 掃描技術能讓用家獲取到一 個非常細緻的物件。而利用結構光 3D Scan 技術原理的 3D 掃描器有手提式的也有坐檯式的。3D掃描質素方面結構光技術原理一般比紅外線的高很多,因為結構光 3D 掃描器會把有條紋的光線圖像重複投射到物件上,透過那些條紋的光線圖像結構光3D 掃描器便能分辨出物件的表面形狀及深度等,從而計算出被3D掃描物件的3D立體數據。由於有條紋的光線圖像是持續投射,所以獲取到的3D立體掃描圖像十分準確及細緻。要有效地利用結構光3D掃描器,環境的光線需要比較暗,暗的環境可減少外來光線的影響,讓 3D 掃描器更準確地偵測到投射出來的條紋光線。

以下是利用結構光 3D 掃描技術的示範:

紅外線 3D 掃描技術

所謂紅外線的 3D 掃描技術原理,就是透過投射紅外線到被 3D 掃描的物件上從而偵測出物件的立體表面,然後得出3D Scan數據。市面有些入門級手提式 3D 掃描器就使用了紅外線 3D 掃描技術。 紅外線3D Scan一般比較便宜,但它們 3D 掃描出來的精度和質素不高,物件上很多細節都不能夠被3D掃描到。

紅外線 3D 掃描技術原理的測量技術的工作方式與人類視覺類似。像我們使用兩隻眼睛一樣,利用紅外線 3D 掃描技術原理的3D掃描器是使用了兩個紅外攝像機。為了連續記錄兩台攝像機盡可能多的測量點,將快速連續投影一系列不同的圖案。在幾毫秒內,便能根據圖像計算出3D數據。

攝影測量(Photogrammetry)

至於攝影測量,它有別於一般的3D掃描技術原理,因為它是利用一部或多相機,透過從不同的角度拍攝物件並利用3D軟件的輔助來獲取整個物件的3D掃描模型。攝影測量能獲取到非常高質量的3D掃描模型數據,但一般起碼要拍攝50張的照片才能獲取到較好的品質效果,而且拍攝也需要特定技巧。

攝影測量取決於三角測量 (triangulates )。通過拍攝多張照片,用家可以製作出不同的視線,並以三角剖分以創建精確的距離模型一樣,照片在數學上相交以創建精確的三維坐標。使用攝影測量法,拍攝精美的照片對於製作好的3D模型至關重要。這意味著要注意曝光,視野(FoV)和聚焦。簡單來說攝影測量法使用照片對距離和深度進行三角測量,並使用該數據進行3D掃描。質量取決於所使用的照片和相機。

激光3D掃描技術原理

另一款較常用的就是激光 3D 掃描技術原理,這種技術原理在 3D 掃描質素和精度上比紅外線的高很多。激光 3D 掃描的原理是透過三角測距(Triangulation)的方式來3D掃描物件,當物件移動時,激光3D掃描器會投射一條或多條激光線到物件的表面上,從而獲取到物件的立體數據。環境方面,即使光線比較猛烈的情況下,仍可使用激光 3D 掃描原理來進行 3D Scan工作。不過在安全上要留意一下,因為激光比較危險,如果射到眼睛會造成傷害,所以使用時要注意。

3D激光掃描是一種非接觸式,非破壞性技術,可使用激光線捕獲物理對象的形狀。 3D激光掃描器從物體表面獲得數據的“點雲”。換句話說,3D激光掃描是一種將物理對象的確切大小和形狀捕獲為電腦3D數據。

3D激光掃描技術原理可測量精細細節並捕獲自由形狀,以快速生成高度精確的點雲。 3D激光掃描非常適合輪廓表面和復雜幾何形狀的測量和檢查,這些表面和大量複雜的幾何形狀需要大量數據才能進行準確描述。

以下是利用激光 3D 掃描技術的示範:

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