三維掃描儀分類(lèi)為接觸式(contact)與非接觸式(non-contact)兩種,,后者又可分為主動(dòng)掃描(active)與被動(dòng)掃描(passive),,這些分類(lèi)下又細(xì)分出眾多不同的技術(shù)方法,。使用可見(jiàn)光視頻達(dá)成重建的方法,,又稱(chēng)做基于機(jī)器視覺(jué)(vision-based)的方式,,是***機(jī)器視覺(jué)研究主流之一,。接觸式掃描接觸式三維掃描儀透過(guò)實(shí)際觸碰物體表面的方式計(jì)算深度,如座標(biāo)測(cè)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(guò)程中必須接觸物體,,待測(cè)物有遭到探針破壞損毀之可能,,因此不適用于高價(jià)值對(duì)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(zhǎng)的時(shí)間,現(xiàn)今**快的座標(biāo)測(cè)量機(jī)每秒能完成數(shù)百次測(cè)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(wàn)至五百萬(wàn)次,。被動(dòng)式掃描法并不需要規(guī)格太特殊的硬件支持,這類(lèi)被動(dòng)式產(chǎn)品往往相當(dāng)便宜,。南京推廣高精度便攜式三坐標(biāo)排行榜
立體視覺(jué)法(Stereoscopic)傳統(tǒng)的立體成像系統(tǒng)使用兩個(gè)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(lèi)似人類(lèi)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(duì)深度信息的感知?dú)v程復(fù)雜許多),,若已知兩個(gè)攝影機(jī)的彼此間距與焦距長(zhǎng)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(lài)有效的圖片像素匹配分析(correspondenceanalysis),一般使用區(qū)塊比對(duì)(blockmatching)或?qū)O幾何(epipolargeometry)算法達(dá)成,。使用兩個(gè)攝影機(jī)的立體視覺(jué)法又稱(chēng)做雙眼視覺(jué)法(binocular),,另有三眼視覺(jué)(trinocular)與其他使用更多攝影機(jī)的延伸方法?;窗蔡厥飧呔缺銛y式三坐標(biāo)產(chǎn)業(yè)搜集各角度之輪廓線(xiàn)后即可“刻劃”成三維模型,。
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(guò)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(lái)求得精確的解,。此法之后由Woodham派生出立體光學(xué)法,。立體光學(xué)法(PhotometricStereo)為了彌補(bǔ)光度成形法中單張照片提供之信息不足,,立體光學(xué)法采用一個(gè)相機(jī)拍攝多張照片,這些照片的拍攝角度是相同的,,其中的差別是光線(xiàn)的照明條件,。**簡(jiǎn)單的立體光學(xué)法使用三盞光源,從三個(gè)不同的方向照射待測(cè)物,,每次*打開(kāi)一盞光源,。拍攝完成后再綜合三張照片并使用光學(xué)中的完美漫射(perfectdiffusion)模型解出物體表面的梯度向量(gradients),經(jīng)過(guò)向量場(chǎng)的積分后即可得到三維模型,。此法并不適用于光滑而不近似于朗伯表面(Lambertiansurface)的物體,。
輪廓法此類(lèi)方法是使用一系列物體的輪廓線(xiàn)條構(gòu)成三維形體。當(dāng)物體的部分表面無(wú)法在輪廓線(xiàn)上展現(xiàn)時(shí),,重建后將丟失三維信息,。常見(jiàn)的方式是將待測(cè)物放置于電動(dòng)轉(zhuǎn)盤(pán)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(xiàn)條,,搜集各角度之輪廓線(xiàn)后即可“刻劃”成三維模型。用戶(hù)輔助另外有些方法在重建過(guò)程中需要用戶(hù)提供信息,,借助人類(lèi)視覺(jué)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(duì)同個(gè)物體拍攝視頻以推算三維信息,。另一種類(lèi)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(chǎng)景環(huán)境,。此法之后由Woodham派生出立體光學(xué)法,。
調(diào)變光(ModulatedLighting)調(diào)變光三維掃描儀在時(shí)間上連續(xù)性的調(diào)整光線(xiàn)的強(qiáng)弱,常用的調(diào)變方式是周期性的正弦波,。借由觀(guān)察視頻每個(gè)像素的亮度變化與光的相位差,,即可推算距離深度。調(diào)變光源可采用激光或投影機(jī),,而激光光能達(dá)到極高之精確度,,然而這種方法對(duì)于噪聲相當(dāng)敏感。非接觸被動(dòng)式掃描被動(dòng)式掃描儀本身并不發(fā)射任何輻射線(xiàn)(如激光),,而是以測(cè)量由待測(cè)物表面反射周遭輻射線(xiàn)的方法,,達(dá)到預(yù)期的效果。由于環(huán)境中的可見(jiàn)光輻射,,是相當(dāng)容易獲取并利用的,,大部分這類(lèi)型的掃描儀以偵測(cè)環(huán)境的可見(jiàn)光為主。但相對(duì)于可見(jiàn)光的其他輻射線(xiàn),,如紅外線(xiàn),,也是能被應(yīng)用于這項(xiàng)用途的,。因?yàn)榇蟛糠智闆r下,被動(dòng)式掃描法并不需要規(guī)格太特殊的硬件支持,,這類(lèi)被動(dòng)式產(chǎn)品往往相當(dāng)便宜,。經(jīng)過(guò)向量場(chǎng)的積分后即可得到三維模型,。常州推廣高精度便攜式三坐標(biāo)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
而激光光能達(dá)到極高之精確度,,然而這種方法對(duì)于噪聲相當(dāng)敏感。南京推廣高精度便攜式三坐標(biāo)排行榜
三角測(cè)距(Triangulation)三角測(cè)距3D激光掃描儀,,也是屬于以激光光去偵測(cè)環(huán)境情的主動(dòng)式掃描儀,。相對(duì)于飛時(shí)測(cè)距法,三角測(cè)距法3D激光掃描儀發(fā)射一道激光到待測(cè)物上,,并利用攝影機(jī)查找待測(cè)物上的激光光點(diǎn),。隨著待測(cè)物(距離三角測(cè)距3D激光掃描儀)距離的不同,激光光點(diǎn)在攝影機(jī)畫(huà)面中的位置亦有所不同,。這項(xiàng)技術(shù)之所以被稱(chēng)為三角型測(cè)距法,,是因?yàn)榧す夤恻c(diǎn)、攝影機(jī),,與激光本身構(gòu)成一個(gè)三角形,。在這個(gè)三角形中,激光與攝影機(jī)的距離,、及激光在三角形中的角度,,是我們已知的條件。透過(guò)攝影機(jī)畫(huà)面中激光光點(diǎn)的位置,,我們可以決定出攝影機(jī)位于三角形中的角度,。這三項(xiàng)條件可以決定出一個(gè)三角形,并可計(jì)算出待測(cè)物的距離,。在很多案例中,,以**形激光條紋取代單一激光光點(diǎn),將激光條紋對(duì)待測(cè)物作掃描,,大幅加速了整個(gè)測(cè)量的進(jìn)程,。NationalResearchCouncilofCanada是致力于研發(fā)三角測(cè)距激光掃描技術(shù)的協(xié)會(huì)之一(1978)。南京推廣高精度便攜式三坐標(biāo)排行榜
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