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          三維激光掃描儀是如何工作的(原理)

          發(fā)布時(shí)間:2018-12-28
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          常用的三維掃描儀按光源通??煞譃榧す饧夹g(shù)與結構光技術(shù),之前為大家介紹過(guò)3D掃描儀采用3D結構光技術(shù)實(shí)現掃描,今天為大家科普一下三維激光掃描儀怎么實(shí)現三維掃描的。

          三維激光掃描儀如何工作?

          在最基本的層面上,激光掃描涉及激光束的受控轉向和距離測量的組合。 旋轉編碼器通過(guò)調整多個(gè)掃描鏡來(lái)控制掃描運動(dòng)以引導光束。

          將激光束定位在二維上需要沿兩個(gè)軸旋轉單個(gè)鏡子,或者為了更快的掃描,將光束反射到安裝在正交軸上的兩個(gè)緊密間隔的鏡子上。 激光器也可以通過(guò)稱(chēng)為聚焦或Z移位器的伺服控制透鏡系統以三維方式定位。

          單次掃描通常不足以產(chǎn)生受試者的完整模型,因此必須通過(guò)稱(chēng)為對齊或配準的過(guò)程將多次掃描結合到一個(gè)共同的參考系統中。

          飛行時(shí)間

          激光掃描的核心概念之一是飛行時(shí)間。 這指的是使用激光測距儀來(lái)計時(shí)從掃描儀傳播到物體并再次返回的光脈沖的往返。

          由于光速是已知常數,因此可以通過(guò)測量光脈沖返回掃描儀所花費的時(shí)間來(lái)計算掃描儀和物體之間的距離。 因此,基于飛行時(shí)間計算距離的公式很簡(jiǎn)單:

          111122.jpg

          因此,飛行時(shí)間傳感器的精度取決于激光掃描儀計時(shí)器的精度。

          該技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)是其遠距離能力,這就是為什么一些飛行時(shí)間掃描儀用于大規模測量項目的原因。 然而,準確地測量數量與光脈沖在質(zhì)量實(shí)驗室中進(jìn)行往返所花費的時(shí)間一樣微不足道是困難的。 這就是為什么單獨的飛行傳感器不足以滿(mǎn)足需要高精度測量的應用的原因。

          三角

          許多手持式掃描儀使用三角測量來(lái)抵消飛行時(shí)間測量所帶來(lái)的精度降低。

          例如,手持式激光掃描儀通常包含跟蹤投射到掃描對象上的激光點(diǎn)的相機。 這使得掃描儀能夠比單獨使用飛行時(shí)間測量更精確地三角測量對象的距離。 然而,盡管三角測量能夠實(shí)現更高的精度,但它也限制了掃描儀的有效范圍。

          111111.png

          點(diǎn)云和注冊

          在最基本的術(shù)語(yǔ)中,點(diǎn)云指的是坐標系中的一組數據點(diǎn)。

          在標準笛卡爾坐標系中,點(diǎn)是根據X,Y和Z坐標定義的。 在3D掃描的上下文中,點(diǎn)云表示掃描的結果為非結構化三維數據。

          點(diǎn)云的典型文件格式是TXT,IGS和ASCII

          然后將點(diǎn)云數據引入公共參考系統,其中數據通過(guò)對齊或注冊過(guò)程合并為完整模型。 該過(guò)程可以在掃描本身期間(在高端3D掃描儀的情況下)或作為后處理步驟發(fā)生。

          可以使用軟件進(jìn)一步處理得到的數據,以清除像差或填充數據點(diǎn)中的間隙,創(chuàng )建三角形網(wǎng)格或多邊形模型,并導出為STL(Stereolithography或標準細分語(yǔ)言)文件或轉換為非均勻合理B-Spline(NURBS)用于CAD模型。

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