三維掃描儀的用途是創(chuàng)建物體幾何表面的點(diǎn)云(pointcloud),,這些點(diǎn)可用來插補(bǔ)成物體的表面形狀,越密集的點(diǎn)云可以創(chuàng)建更精確的模型(這個過程稱做三維重建),。若掃描儀能夠獲取表面顏色,,則可進(jìn)一步在重建的表面上粘貼材質(zhì)貼圖,亦即所謂的材質(zhì)印射(texturemapping),。三維掃描儀可類比為照相機(jī),,它們的視線范圍都呈現(xiàn)圓錐狀,信息的搜集皆限定在一定的范圍內(nèi),。兩者不同之處在于相機(jī)所抓取的是顏色信息,,而三維掃描儀測量的是距離。由于測得的結(jié)果含有深度信息,,因此常以深度視頻(depthimage)或距離視頻(rangedimage)稱之,。此法之后由Woodham派生出立體光學(xué)法。連云港巨型高精度便攜式三坐標(biāo)密度
輪廓法此類方法是使用一系列物體的輪廓線條構(gòu)成三維形體,。當(dāng)物體的部分表面無法在輪廓線上展現(xiàn)時,,重建后將丟失三維信息。常見的方式是將待測物放置于電動轉(zhuǎn)盤上,,每次旋轉(zhuǎn)一小角度后拍攝其視頻,,再經(jīng)由視頻處理技巧去除背景并取出輪廓線條,搜集各角度之輪廓線后即可“刻劃”成三維模型,。用戶輔助另外有些方法在重建過程中需要用戶提供信息,,借助人類視覺系統(tǒng)之獨(dú)特性能,輔助完成重建程序,。這些方式都是基于照片攝影原理,,針對同個物體拍攝視頻以推算三維信息。另一種類似的方式是全景重建(panoramicreconstruction),,乃是在定點(diǎn)上拍攝四周視頻使之得以重建場景環(huán)境,。鹽城推廣高精度便攜式三坐標(biāo)產(chǎn)業(yè)借助人類視覺系統(tǒng)之獨(dú)特性能,輔助完成重建程序,。
立體視覺法(Stereoscopic)傳統(tǒng)的立體成像系統(tǒng)使用兩個放在一起的攝影機(jī),,平行注視待重建之物體。此方法在概念上,,類似人類借由雙眼感知的視頻相疊推算深度[1](當(dāng)然實(shí)際上人腦對深度信息的感知?dú)v程復(fù)雜許多),,若已知兩個攝影機(jī)的彼此間距與焦距長度,而截取的左右兩張圖片又能成功疊合,,則深度信息可迅速推得,。此法須仰賴有效的圖片像素匹配分析(correspondenceanalysis),一般使用區(qū)塊比對(blockmatching)或?qū)O幾何(epipolargeometry)算法達(dá)成,。使用兩個攝影機(jī)的立體視覺法又稱做雙眼視覺法(binocular),,另有三眼視覺(trinocular)與其他使用更多攝影機(jī)的延伸方法,。色度成形法(ShapefromShading)早期由B.K.P.Horn等學(xué)者提出,使用視頻像素的亮度值代入預(yù)先設(shè)計(jì)之色度模型中求解,,方程式之解即深度信息。由于方程組中的未知數(shù)多過限制條件,,因此須借由更多假設(shè)條件縮小解集之范圍,。例如加入表面可微分性質(zhì)(differentiability)、曲率限制(curvatureconstraint),、光滑程度(smoothness)以及更多限制來求得精確的解,。此法之后由Woodham派生出立體光學(xué)法。
接觸式掃描接觸式三維掃描儀透過實(shí)際觸碰物體表面的方式計(jì)算深度,,如座標(biāo)測量機(jī)(CMM,CoordinateMeasuringMachine)即典型的接觸式三維掃描儀,。此方法相當(dāng)精確,常被用于工程制造產(chǎn)業(yè),,然而因其在掃描過程中必須接觸物體,,待測物有遭到探針破壞損毀之可能,因此不適用于高價(jià)值對象如古文物,、遺跡等的重建作業(yè),。此外,相較于其他方法接觸式掃描需要較長的時間,,現(xiàn)今**快的座標(biāo)測量機(jī)每秒能完成數(shù)百次測量,,而光學(xué)技術(shù)如激光掃描儀運(yùn)作頻率則高達(dá)每秒一萬至五百萬次。非接觸主動式掃描主動式掃描是指將額外的能量投射至物體,,借由能量的反射來計(jì)算三維空間信息,。常見的投射能量有一般的可見光、高能光束,、超音波與X射線,。此法并不適用于光滑而不近似于朗伯表面(Lambertian surface)的物體。
手持激光(HandholdLaser)手持激光掃描儀透過上述的三角形測距法建構(gòu)出3D圖形:透過手持式設(shè)備,,對待測物發(fā)射出激光光點(diǎn)或線性激光光,。以兩個或兩個以上的偵測器(電耦組件或位置感測組件)測量待測物的表面到手持激光產(chǎn)品的距離,通常還需要借助特定引用點(diǎn)-通常是具黏性,、可反射的貼片-用來當(dāng)作掃描儀在空間中定位及校準(zhǔn)使用,。這些掃描儀獲得的數(shù)據(jù),會被導(dǎo)入電腦中,,并由軟件轉(zhuǎn)換成3D模型,。手持式激光掃描儀,通常還會綜合被動式掃描(可見光)獲得的數(shù)據(jù)(如待測物的結(jié)構(gòu),、色彩分布),,建構(gòu)出更完整的待測物3D模型,。結(jié)構(gòu)光源(StructuredLighting)將一維或二維的圖像投影至被測物上,根據(jù)圖像的形變情形,,判斷被測物的表面形狀,,可以非常快的速度進(jìn)行掃描,,相對于一次測量一點(diǎn)的探頭,,此種方法可以一次測量多點(diǎn)或大片區(qū)域,故能用于動態(tài)測量,。因?yàn)榇蠹s3.3皮秒(picosecond,;微微秒)的時間,光信號就走了1毫米,。連云港巨型高精度便攜式三坐標(biāo)密度
搜集各角度之輪廓線后即可“刻劃”成三維模型,。連云港巨型高精度便攜式三坐標(biāo)密度
時差測距(Time-of-Flight)時差測距(time-of-flight,或稱'飛時測距')的3D激光掃描儀是一種主動式(active)的掃描儀,,其使用激光光探測目標(biāo)物,。圖中的光達(dá)即是一款以時差測距為主要技術(shù)的激光測距儀(laserrangefinder)。此激光測距儀確定儀器到目標(biāo)物表面距離的方式,,是測定儀器所發(fā)出的激光脈沖往返一趟的時間換算而得,。即儀器發(fā)射一個激光光脈沖,激光光打到物體表面后反射,,再由儀器內(nèi)的探測器接收信號,,并記錄時間。由于光速(speedoflight){\displaystylec}為一已知條件,,光信號往返一趟的時間即可換算為信號所行走的距離,,此距離又為儀器到物體表面距離的兩倍,故若令{\displaystylet}為光信號往返一趟的時間,,則光信號行走的距離等于{\displaystyle(c\cdott)/2},。顯而易見的,時差測距式的3D激光掃描儀,,其量測精度受到我們能多準(zhǔn)確地量測時間{\displaystylet}連云港巨型高精度便攜式三坐標(biāo)密度
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