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采购三维激光扫描仪应注意哪些事项?_三维激光扫描仪原理

栏目:数码科技

作者:B姐

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时间:2024-02-23 10:17:42

主要是看质量,技术参数是否符合,价格上是否能接受,在就是品牌了

给你一些相对的技术介绍及注意事项

1.三维激光扫描原理

三维激光扫描系统由三维激光扫描仪、数码相机、扫描仪旋转平台、软件控制平台,数据处理平台及电源和其它附件设备共同构成,是一种集成了多种高新技术的新型空间信息数据获取手段。地面三维激光扫描系统的工作原理:首先由激光脉冲二极管发射出激光脉冲信号,经过旋转棱镜,射向目标,然后通过探测器,接收反射回来的激光脉冲信号,并由记录器记录,最后转换成能够直接识别处理的数据信息,经过软件处理实现实体建模输出。

2.三维激光扫描工作流程

应用三维激光测量技术采集数据的工作过程大致可以分为计划制定、外业数据采集和内业数据处理三部分。在具体工作展开之前首先需要制定详细的工作计划,做一些准备工作,主要包括:根据扫描对象的不同和精度的具体要求设计一条合适的扫描路线、确定恰当的采样密度、大致确定扫描仪至扫描物体的距离、设站数、大致的设站位置等等;外业工作主要是采集数据:主要包括数据采集、现场分析采集到的数据是否大致符合要求、进行初步的质量分析和控制等等;内业数据处理是最重要也是工作量最大的一环,主要包括:外业采集到的激光扫描原始数据的显示,数据的规则格网化,数据滤波、分类、分割,数据的压缩,图像处理,模式识别等等。

3、三维激光扫描仪用途

目前Riegl VZ-1000三维激光扫描仪的主要用途为数字城市、三维建筑建模、工程测量、地形测景、虚拟现实和模拟可视化、矿区土方开挖断面和体积测量、工业制造、变形测量、加工检测、施工控测、事故调查、历史古迹的调查与恢复,以及特殊动画效果的测量等。

4、三维激光扫描仪主要用途说明

三维激光扫描的主要用途有:

(1)运用三维激光扫描仪进行相关的教学实验,用于建立简单的建筑物模型,了解外业操作和内业数据处理的基本方法,使自己掌握先进的测量仪器,拓宽自己知识面,为以后进一步的研究打下基础。

(2)结合本专业情况运用三维激光扫描仪进行各种实验项目,例如可以在变形监测方面运用仪器进行相关实验,获得测量数据进行相关的后续研究。

(3)更深入对三维激光扫描系统进行理论研究。例如三维激光扫描仪工作原理的研究,相关数据处理软件的研究和开发,三维激光测量系统理论方法的研究等。

5.操作规则

(1)必须参加仪器提供商的操作培训并取得合格证书方可操作仪器,借用仪器时,借用人提供培训合格证书并由仪器管理人员确认后,仪器管理人方可给借用人办理借用手续,未取得合格证书的不得办理借用手续;

(2)仪器正常使用温度为3~35摄氏度,在此安全温度外的环境,不得使用此仪器;

(3)仪器的外接电压为12V~24V,不得使用其他电压供电,以防烧毁仪器;

(4)仪器不得带电搬运,必须关闭电源后方可搬运;

(5)仪器移动时必须放置于仪器箱中并检查无误后盖紧箱盖后方可移动,精密仪器震动将影响数据采集精度,必须小心轻放;

(6)仪器的配套电缆接口必须垂直插拔,不得转动;

(7)注意时常关注电源的电压。

3D扫描仪的概述

你要问的是激光的还是拍照的? 现在新兴主流的是拍照式扫描仪,也就是非接触扫描。

简单的来说拍照式三维扫描仪整个扫描过程是基于光学三角测量原理,首先投影模块将一系列编码光栅投影到物体表面;由采集模块得到相应被调制的图象,然后通过特有的算法获取点云数据的三坐标位置。

底下的希望能帮助理解。

抄数机的介绍

最早出现的是接触式测量方法,代表是三维坐标测量机,虽然精度达到微米量级(0.5mm),但是由于体积巨大、造价高以及不能测量柔软的物体等缺点,使其应用领域受到限制 。

于是出现了非接触式测量方法,主要分两类。

一类是被动方式,就是不需要特定的光源,完全依靠物体所处的自然光条件进行扫描,常采用双目技术,但是精度低,只能扫描出有几何特征的物体,不能满足很多领域的要求。

另一类是主动方式,就是像物体投射特定的光,其中代表技术激光线式的扫描,精度比较高,但是由于每次只能投射一条光线,所以扫描速度慢。另外,由于激光会对生物体以及比较珍贵的物体造成伤害,所以不能应用于某些特定领域。

新兴的技术是结构光式的扫描,结构光也属于主动方式,通过投影或者光栅投射同时多条光线,就可以采取物体的一个表面,只需要几个面的信息就可以完成扫描,最大的特点是扫描速度快,而且可编程实现。

还有一种是低频脉冲波(低频声波)式原理,主要应用于物位测量方面。基于二维数组波束形成器传送低频脉冲,介可视3D物位扫描仪接收来自筒仓、仓室或其他容室内物料的回波。设备的数字信号处理器对接收到的信号进行取样和分析,通过估算回波到达的时间和方向,处理器形成一个物料表面的三维图,这个图像通过一种专有的计算方法对信息进行处理并生成3D图象,可以在远端屏幕上显示出来. 物位计可以据此准确得出物料的体积和质量,够使工艺物位监测和库存控制达到一个新的高度。料位计精确的物料检测能够提高操作效率和管理能力,高成本突发状况减少,加快收益回馈。

3d扫描仪原理及相关介绍

抄数机,亦名三维扫描仪,是借着扫瞄技术来测量工件的尺寸及形状等原理来工作。激光扫瞄仪采用一个稳定度及精度良好的旋转马达,当光束打(射)到由马达所带动的多面棱规反射而形成扫瞄光束,由于多面棱规位于扫瞄透镜的前焦面上,并均匀旋转使激光束对反射镜而言,其入射角相对地连续性改变,因而反射角也作连续性改变,经由扫瞄透镜的作用,形成一平行且连续由上而下的扫瞄线。目前抄数机分为2类:一类为激光抄数机,是中国大陆早期出现的抄数机,工作条件要求比较高,运作也比较慢,另外一种就是白光抄数机又称拍照式抄数机,白光抄数机携带方便,运作速度快,同时工作条件没有什么要求,所以白光抄数机已经逐步代替激光抄数机。

三维扫描仪工作原理及应用

现在多东西都是用3d的原理呢,3d**也看了,那3d扫描呢,你也知道多少 3d扫描你见过还是碰过还是真真切切的用过 以下是我跟大家分享3d扫描仪原理及相关介绍,希望对大家能有所帮助!

三维扫描仪(3D scanner) 是一种科学仪器,用来侦测并分析现实世界中物体或环境的形状(几何构造)与外观数据(如颜色、表面反照率等性质)。 搜集到的数据常被用来进行三维重建计算,在虚拟世界中创建实际物体的数字模型。这些模型具有相当广泛的用途,举凡工业设计、瑕疵检测、逆向工程、机器人导引、地貌测量、医学信息、生物信息、刑事鉴定、数字文物典藏、**制片、游戏创作素材等等都可见其应用。三维扫描仪的制作并非仰赖单一技术,各种不同的重建技术都有其优缺点,成本与售价也有高低之分。目前并无一体通用之重建技术,仪器与方法往往受限于物体的表面特性。例如光学技术不易处理闪亮(高反照率)、镜面或半透明的表面,而激光技术不适用于脆弱或易变质的表面。

三维扫描仪分类与功能编辑

大体分为接触式三维扫描仪 和非接触式三维扫描仪 。其中非接触式三维扫描仪又分为光栅三维扫描仪(也称拍照式三维描仪)和激光扫描仪。而光栅三维扫描又有白光扫描或蓝光扫描等,激光扫描仪又有点激光、线激光、面激光的.区别。

三维扫描仪功能:

1:三维扫描仪的用途是创建物体几何表面的 点云(point cloud),这些点可用来插补成物体的表面形状,越密集的点云可以创建更精确的模型(这个过程称做三维重建)。若扫描仪能够取得表面颜色,则可进一步在重建的表面上粘贴材质贴图,亦即所谓的材质印射(texture mapping)。

2: 三维扫描仪可模拟为照相机,它们的视线范围都体现圆锥状,信息的搜集皆限定在一定的范围内。两者不同之处在于相机所抓取的是颜色信息,而三维扫描仪测量的是距离。

拍照式三维扫描仪

拍照式三维扫描仪扫描原理类似于照相机拍摄照片而得名,是为满足工业设计行业应用需求而研发的产品,它集高速扫描与高精度优势,可按需求自由调整测量范围,从小型零件扫描到车身整体测量均能完美胜任,具备极高的性能价格比。目前已广泛应用于工业设计行业中,真正为客户实现 "一机在手,设计无忧"!拍照式结构光三维扫描仪是一种高速高精度的三维扫描测量设备,采用的是目前国际上最先进的结构光非接触照相测量原理。结构光三维扫描仪的基本原理是:采用一种结合结构光技术、相位测量技术、计算机视觉技术的复合三维非接触式测量技术。采用这种测量原理,使得对物体进行照相测量成为可能,所谓照相测量,就是类似于照相机对视野内的物体进行照相,不同的是照相机摄取的是物体的二维图象,而研制的测量仪获得的是物体的三维信息。与传统的三维扫描仪不同的是,该扫描仪能同时测量一个面。测量时光栅投影装置投影数幅特定编码的结构光到待测物体上,成一定夹角的两个摄像头同步采得相应图象,然后对图象进行解码和相位计算,并利用匹配技术、三角形测量原理,解算出两个摄像机公共视区内像素点的三维坐标。拍照式三维扫描仪可随意搬至工件位置做现场测量,并可调节成任意角度作全方位测量,对大型工件可分块测量,测量数据可实时自动拼合,非常适合各种大小和形状物体(如汽车、摩托车外壳及内饰、 家电 、雕塑等)的测量。

拍照式光学三维扫描仪,其结构原理主要由光栅投影设备及两个工业级的CCD Camera所构成,由光栅投影在待测物上,并加以粗细变化及位移,配合CCD Camera将所撷取的数字影像透过计算机运算处理,即可得知待测物的实际3D外型。

拍照式三维扫描仪采用非接触白光技术,避免对物体表面的接触,可以测量各种材料的模型,测量过程中被测物体可以任意翻转和移动,对物件进行多个视角的测量,系统进行全自动拼接,轻松实现物体360高精度测量。并且能够在获取表面三维数据的同时,迅速的获取纹理信息,得到逼真的物体外形,能快速的应用于制造行业的扫描。

话是说那么多了,现在你总算对3d扫描有点理解了吧,3d扫描应用很广,功能不人是你所能猜测的到的厉害,还有人说在不久的未来,现在的建房 装修 工人都要下岗了,因为3d扫描的出现,以后建房子都是直接3d版的扫描出来了,省了人力和物力,工地上只要有一个人在操作机器就好了。这个你相信吗 我觉得还是会有这个奇迹出现的。

三维扫描仪(3D scanner)是一种科学仪器,用来侦测并分析现实世界中物体或环境的形状(几何构造)与外观数据(如颜色、表面反照率等性质)。搜集到的数据常被用来进行三维重建计算,在虚拟世界中创建实际物体的数字模型。这些模型具有相当广泛的用途,举凡工业设计、瑕疵检测、逆向工程、机器人导引、地貌测量、医学信息、生物信息、刑事鉴定、数字文物典藏、**制片、游戏创作素材等等都可见其应用。三维扫描仪的制作并非仰赖单一技术,各种不同的重建技术都有其优缺点,成本与售价也有高低之分。目前并无一体通用之重建技术,仪器与方法往往受限于物体的表面特性。例如光学技术不易处理闪亮(高反照率)、镜面或半透明的表面,而激光技术不适用于脆弱或易变质的表面。

三维扫描仪的用途是创建物体几何表面的点云(point cloud),这些点可用来插补成物体的表面形状,越密集的点云可以创建更精确的模型(这个过程称做三维重建)。若扫描仪能够获取表面颜色,则可进一步在重建的表面上粘贴材质贴图,亦即所谓的材质印射(texture mapping)。

三维扫描仪可模拟为照相机,它们的视线范围都呈现圆锥状,信息的搜集皆限定在一定的范围内。两者不同之处在于相机所抓取的是颜色信息,而三维扫描仪测量的是距离。由于测得的结果含有深度信息,因此常以深度视频(depth image)或距离视频(ranged image)称之。

由于三维扫描仪的扫描范围有限,因此常需要变换扫描仪与物体的相对位置或将物体放置于电动转盘(turnable table)上,经过多次的扫描以拼凑物体的完整模型。将多个片面模型集成的技术称做视频配准(image registration)或对齐(alignment),其中涉及多种三维比对(3D-matching)方法。

三维扫描仪分类为接触式(contact)与非接触式(non-contact)两种,后者又可分为主动扫描(active)与被动扫描(passive),这些分类下又细分出众多不同的技术方法。使用可见光视频达成重建的方法,又称做基于机器视觉(vision-based)的方式,是今日机器视觉研究主流之一。

接触式扫描:

接触式三维扫描仪透过实际触碰物体表面的方式计算深度,如座标测量机(CMM,CoordinateMeasuring Machine)即典型的接触式三维扫描仪。此方法相当精确,常被用于工程制造产业,然而因其在扫描过程中必须接触物体,待测物有遭到探针破坏损毁之可能,因此不适用于高价值对象如古文物、遗迹等的重建作业。此外,相较于其他方法接触式扫描需要较长的时间,现今最快的座标测量机每秒能完成数百次测量,而光学技术如激光扫描仪运作频率则高达每秒一万至五百万次。

非接触主动式扫描:

主动式扫描是指将额外的能量投射至物体,借由能量的反射来计算三维空间信息。常见的投射能量有一般的可见光、高能光束、超音波与X射线。

时差测距(Time-of-Flight)

光达(lidar,LIght Detection And Ranging的缩写,或称3D激光扫描仪)可用于扫描建筑物、岩层(rock formations)等,以制作3D模型。光达的激光光束可扫描相当大的范围:如图中此款的仪器头部可水平旋转360度,而反射激光光束的镜面则在垂直方向快速转动。仪器所发出的激光光束,可量测仪器中心到激光光所打到第一个目标物之间的距离。

时差测距(time-of-flight,或称'飞时测距')的3D激光扫描仪是一种主动式(active)的扫描仪,其使用激光光探测目标物。图中的光达即是一款以时差测距为主要技术的激光测距仪(laser rangefinder)。此激光测距仪确定仪器到目标物表面距离的方式,是测定仪器所发出的激光脉冲往返一趟的时间换算而得。即仪器发射一个激光光脉冲,激光光打到物体表面后反射,再由仪器内的探测器接收信号,并记录时间。由于光速(speed of light)为一已知条件,光信号往返一趟的时间即可换算为信号所行走的距离,此距离又为仪器到物体表面距离的两倍,故若令为光信号往返一趟的时间,则光信号行走的距离等于。显而易见的,时差测距式的3D激光扫描仪,其量测精度受到我们能多准确地量测时间,因为大约3.3皮秒(picosecond;微微秒)的时间,光信号就走了1毫米。

激光测距仪每发一个激光信号只能测量单一点到仪器的距离。因此,扫描仪若要扫描完整的视野(field of view),就必须使每个激光信号以不同的角度发射。而此款激光测距仪即可透过本身的水平旋转或系统内部的旋转镜(rotating mirrors)达成此目的。旋转镜由于较轻便、可快速环转扫描、且精度较高,是较广泛应用的方式。典型时差测距式的激光扫描仪,每秒约可量测10,000到100,000个目标点。

三角测距(Triangulation)

Principle of a laser triangulation sensor. Two object positions are shown.

三角测距3D激光扫描仪,也是属于以激光光去侦测环境情的主动式扫描仪。相对于飞时测距法,三角测距法3D激光扫描仪发射一道激光到待测物上,并利用摄影机查找待测物上的激光光点。随着待测物(距离三角测距3D激光扫描仪)距离的不同,激光光点在摄影机画面中的位置亦有所不同。这项技术之所以被称为三角型测距法,是因为激光光点、摄影机,与激光本身构成一个三角形。在这个三角形中,激光与摄影机的距离、及激光在三角形中的角度,是我们已知的条件。透过摄影机画面中激光光点的位置,我们可以决定出摄影机位于三角形中的角度。这三项条件可以决定出一个三角形,并可计算出待测物的距离。在很多案例中,以一线形激光条纹取代单一激光光点,将激光条纹对待测物作扫描,大幅加速了整个测量的进程。National Research Council of Canada是致力于研发三角测距激光扫描技术的协会之一(1978)。

手持激光(Handhold Laser)

手持激光扫描仪透过上述的三角形测距法建构出3D图形:透过手持式设备,对待测物发射出激光光点或线性激光光。以两个或两个以上的侦测器(电耦组件或 位置感测组件)测量待测物的表面到手持激光产品的距离,通常还需要借助特定参考点-通常是具黏性、可反射的贴片-用来当作扫描仪在空间中定位及校准使用。这些扫描仪获得的数据,会被导入计算机中,并由软件转换成3D模型。手持式激光扫描仪,通常还会综合被动式扫描(可见光)获得的数据(如待测物的结构、色彩分布),建构出更完整的待测物3D模型。

结构光源(Structured Lighting)

将一维或二维的图像投影至被测物上,根据图像的形变情形,判断被测物的表面形状,可以非常快的速度进行扫描,相对于一次测量一点的探头,此种方法可以一次测量多点或大片区域,故能用于动态测量。

调变光(Modulated Lighting)调变光三维扫描仪在时间上连续性的调整光线的强弱,常用的调变方式是周期性的正弦波。借由观察视频每个像素的亮度变化与光的相位差,即可推算距离深度。调变光源可采用激光或投影机,而激光光能达到极高之精确度,然而这种方法对于噪声相当敏感。

非接触被动式扫描

被动式扫描仪本身并不发射任何辐射线(如激光),而是以测量由待测物表面反射周遭辐射线的方法,达到预期的效果。由于环境中的可见光辐射,是相当容易获取并利用的,大部分这类型的扫描仪以侦测环境的可见光为主。但相对于可见光的其他辐射线,如红外线,也是能被应用于这项用途的。因为大部分情况下,被动式扫描法并不需要规格太特殊的硬件支持,这类被动式产品往往相当便宜。

立体视觉法(Stereoscopic)

传统的立体成像系统使用两个放在一起的摄影机,平行注视待重建之物体。此方法在概念上,类似人类借由双眼感知的视频相叠推算深度(当然实际上人脑对深度信息的感知历程复杂许多),若已知两个摄影机的彼此间距与焦距长度,而截取的左右两张又能成功叠合,则深度信息可迅速推得。此法须仰赖有效的像素匹配分析(correspondence analysis),一般使用区块比对(block matching)或对极几何(epipolar geometry)算法达成。

使用两个摄影机的立体视觉法又称做双眼视觉法(binocular),另有三眼视觉(trinocular)与其他使用更多摄影机的延伸方法。

色度成形法(Shape from Shading)

早期由B.K.P. Horn等学者提出,使用视频像素的亮度值代入预先设计之色度模型中求解,方程式之解即深度信息。由于方程组中的未知数多过限制条件,因此须借由更多假设条件缩小解集之范围。例如加入表面可微分性质(differentiability)、曲率限制(curvatureconstraint)、光滑程度(smoothness)以及更多限制来求得精确的解。此法之后由Woodham派生出立体光学法。

立体光学法(Photometric Stereo)

为了弥补光度成形法中单张照片提供之信息不足,立体光学法采用一个相机拍摄多张照片,这些照片的拍摄角度是相同的,其中的差别是光线的照明条件。最简单的立体光学法使用三盏光源,从三个不同的方向照射待测物,每次仅打开一盏光源。拍摄完成后再综合三张照片并使用光学中的完美漫射(perfect diffusion)模型解出物体表面的梯度向量(gradients),经过向量场的积分后即可得到三维模型。此法并不适用于光滑而不近似于朗伯表面(Lambertian surface)的物体。

轮廓法

此类方法是使用一系列物体的轮廓线条构成三维形体。当物体的部分表面无法在轮廓线上展现时,重建后将丢失三维信息。常见的方式是将待测物放置于电动转盘上,每次旋转一小角度后拍摄其视频,再经由视频处理技巧去除背景并取出轮廓线条,搜集各角度之轮廓线后即可“刻划”成三维模型。

用户辅助

另外有些方法在重建过程中需要用户提供信息,借助人类视觉系统之独特性能,辅助完成重建程序。这些方式都是基于照片摄影原理,针对同个物体拍摄视频以推算三维信息。另一种类似的方式是全景重建(panoramicreconstruction),乃是在定点上拍摄四周视频使之得以重建场景环境。

应用

在马德罗丹制作的3D自拍,由Shapeways3D打印。Fantasitron 3D自拍的照片展台

逆向工程

逆向工程,是一种技术过程,即对一项目标产品进行逆向分析及研究,从而演绎并得出该产品的处理流程、组织结构、功能性能规格等设计要素,以制作出功能相近,但又不完全一样的产品。逆向工程源于商业及军事领域中的硬件分析。其主要目的是,在不能轻易获得必要的生产信息下,直接从成品的分析,推导出产品的设计原理。 逆向工程可能会被误认为是对知识产权的严重侵害,但是在实际应用上,反而可能会保护知识产权所有者。例如在集成电路领域,如果怀疑某公司侵犯知识产权,可以用逆向工程技术来查找证据。

三维扫描仪选择指南

采购三维激光扫描仪应注意哪些事项?_三维激光扫描仪原理