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三維掃描儀測量技術(shù)

所屬欄目:技術(shù)文章作者:越聯(lián)儀器點(diǎn)擊率:發(fā)布時(shí)間:2019-09-20 14:31:01

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三維掃描儀分類(lèi)為接觸式與非接觸式兩種,后者又可分為主動(dòng)掃描與被動(dòng)掃描,這些分類(lèi)下又細分出眾多不同的技術(shù)方法。使用可見(jiàn)光視頻達成重建的方法,又稱(chēng)做基于機器視覺(jué)的方式,是今日機器視覺(jué)研究主流之一。r9H拉力機_材料試驗機_剝離力試驗機_快速溫變試驗箱-越聯(lián)儀器

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算深度,如座標測量機即典型的接觸式三維掃描儀。此方法相當精確,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(cháng)的時(shí)間,現今較快的座標測量機每秒能完成數百次測量,而光學(xué)技術(shù)如激光掃描儀運作頻率則高達每秒一萬(wàn)至五百萬(wàn)次。r9H拉力機_材料試驗機_剝離力試驗機_快速溫變試驗箱-越聯(lián)儀器

非接觸主動(dòng)式掃描,主動(dòng)式掃描是指將額外的能量投射至物體,借由能量的反射來(lái)計算三維空間信息。常見(jiàn)的投射能量有一般的可見(jiàn)光、高能光束、超音波與X射線(xiàn)。時(shí)差測距的3D激光掃描儀是一種主動(dòng)式的掃描儀,其使用激光光探測目標物。圖中的光達即是一款以時(shí)差測距為主要技術(shù)的激光測距儀。此激光測距儀確定儀器到目標物表面距離的方式,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,再由儀器內的探測器接收信號,并記錄時(shí)間。由于光速為一已知條件,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。顯而易見(jiàn)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精確地量測時(shí)間,因為大約3.3皮秒的時(shí)間,光信號就走了1毫米。激光測距儀每發(fā)一個(gè)激光信號只能測量單一點(diǎn)到儀器的距離。因此,掃描儀若要掃描完整的視野,就必須使每個(gè)激光信號以不同的角度發(fā)射。而此款激光測距儀即可透過(guò)本身的水平旋轉或系統內部的旋轉鏡達成此目的。旋轉鏡由于較輕便、可快速環(huán)轉掃描、且精度較高,是較廣泛應用的方式。典型時(shí)差測距式的激光掃描儀,每秒約可量測10,000到100,000個(gè)目標點(diǎn)。r9H拉力機_材料試驗機_剝離力試驗機_快速溫變試驗箱-越聯(lián)儀器

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(dòng)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,并利用攝影機查找待測物上的激光光點(diǎn)。隨著(zhù)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)在攝影機畫(huà)面中的位置亦有所不同。這項技術(shù)之所以被稱(chēng)為三角型測距法,是因為激光光點(diǎn)、攝影機,與激光本身構成一個(gè)三角形。在這個(gè)三角形中,激光與攝影機的距離、及激光在三角形中的角度,是我們已知的條件。透過(guò)攝影機畫(huà)面中激光光點(diǎn)的位置,我們可以決定出攝影機位于三角形中的角度。這三項條件可以決定出一個(gè)三角形,并可計算出待測物的距離。在很多案例中,以一線(xiàn)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。r9H拉力機_材料試驗機_剝離力試驗機_快速溫變試驗箱-越聯(lián)儀器

手持激光掃描儀透過(guò)上述的三角形測距法建構出3D圖形:透過(guò)手持式設備,對待測物發(fā)射出激光光點(diǎn)或線(xiàn)性激光光。以?xún)蓚€(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(lái)當作掃描儀在空間中定位及校準使用。這些掃描儀獲得的數據,會(huì )被導入電腦中,并由軟件轉換成3D模型。手持式激光掃描儀,通常還會(huì )綜合被動(dòng)式掃描(可見(jiàn)光)獲得的數據(如待測物的結構、色彩分布),建構出更完整的待測物3D模型。r9H拉力機_材料試驗機_剝離力試驗機_快速溫變試驗箱-越聯(lián)儀器

調變光三維掃描儀在時(shí)間上連續性的調整光線(xiàn)的強弱,常用的調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。調變光源可采用激光或投影機,而激光光能達到極高之精確度,然而這種方法對于噪聲相當敏感。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),而是以測量由待測物表面反射周遭輻射線(xiàn)的方法,達到預期的成效。由于環(huán)境中的可見(jiàn)光輻射,是相當容易獲取并利用的,大部分這類(lèi)型的掃描儀以偵測環(huán)境的可見(jiàn)光為主。但相對于可見(jiàn)光的其他輻射線(xiàn),如紅外線(xiàn),也是能被應用于這項用途的。因為大部分情況下,被動(dòng)式掃描法并不需要規格太特殊的硬件支持,這類(lèi)被動(dòng)式產(chǎn)品往往相當便宜。r9H拉力機_材料試驗機_剝離力試驗機_快速溫變試驗箱-越聯(lián)儀器