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(shí)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。另有三眼視覺(trinocular)與其他使用更多攝影機(jī)的延伸方法?;窗泊砀呔缺銛y式三坐標(biāo)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
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(gè)或兩個(gè)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??斓乃俣冗M(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?;窗泊砀呔缺銛y式三坐標(biāo)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)建構(gòu)出更完整的待測物3D模型。
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)整光線的強(qiáng)弱,常用的調(diào)變方式是周期性的正弦波。借由觀察視頻每個(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,然而這種方法對于噪聲相當(dāng)敏感。非接觸被動式掃描被動式掃描儀本身并不發(fā)射任何輻射線(如激光),而是以測量由待測物表面反射周遭輻射線的方法,達(dá)到預(yù)期的效果。由于環(huán)境中的可見光輻射,是相當(dāng)容易獲取并利用的,大部分這類型的掃描儀以偵測環(huán)境的可見光為主。但相對于可見光的其他輻射線,如紅外線,也是能被應(yīng)用于這項(xiàng)用途的。因?yàn)榇蟛糠智闆r下,被動式掃描法并不需要規(guī)格太特殊的硬件支持,這類被動式產(chǎn)品往往相當(dāng)便宜。
時(shí)差測距(Time-of-Flight)時(shí)差測距(time-of-flight,或稱'飛時(shí)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(shí)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(shí)間換算而得。即儀器發(fā)射一個(gè)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(shí)間。由于光速(speedoflight){\displaystylec}為一已知條件,光信號往返一趟的時(shí)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(shí)間,則光信號行走的距離等于{\displaystyle(c\cdott)/2}。顯而易見的,時(shí)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(shí)間{\displaystylet}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。
三角測距(Triangulation)三角測距3D激光掃描儀,也是屬于以激光光去偵測環(huán)境情的主動式掃描儀。相對于飛時(shí)測距法,三角測距法3D激光掃描儀發(fā)射一道激光到待測物上,并利用攝影機(jī)查找待測物上的激光光點(diǎn)。隨著待測物(距離三角測距3D激光掃描儀)距離的不同,激光光點(diǎn)在攝影機(jī)畫面中的位置亦有所不同。這項(xiàng)技術(shù)之所以被稱為三角型測距法,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。透過攝影機(jī)畫面中激光光點(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),將激光條紋對待測物作掃描,大幅加速了整個(gè)測量的進(jìn)程。NationalResearchCouncilofCanada是致力于研發(fā)三角測距激光掃描技術(shù)的協(xié)會之一(1978)。此法并不適用于光滑而不近似于朗伯表面(Lambertian surface)的物體。蘇州巨型高精度便攜式三坐標(biāo)發(fā)展現(xiàn)狀
被動式掃描法并不需要規(guī)格太特殊的硬件支持,這類被動式產(chǎn)品往往相當(dāng)便宜?;窗泊砀呔缺銛y式三坐標(biāo)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
由于三維掃描儀的掃描范圍有限,因此常需要變換掃描儀與物體的相對位置或?qū)⑽矬w放置于電動轉(zhuǎn)盤(turnabletable)上,經(jīng)過多次的掃描以拼湊物體的完整模型。將多個(gè)片面模型集成的技術(shù)稱做視頻配準(zhǔn)(imageregistration)或?qū)R(alignment),其中涉及多種三維比對(3D-matching)方法。三維掃描儀分類為接觸式(contact)與非接觸式(non-contact)兩種,后者又可分為主動掃描(active)與被動掃描(passive),這些分類下又細(xì)分出眾多不同的技術(shù)方法。使用可見光視頻達(dá)成重建的方法,又稱做基于機(jī)器視覺(vision-based)的方式,是***機(jī)器視覺研究主流之一?;窗泊砀呔缺銛y式三坐標(biāo)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
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