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3D結構光原理,3D結構光掃描儀

發布時間:2019-04-28
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3D結構光技術在3D掃描儀上使用的最多,3D掃描儀是用于使用投影光圖案和相機系統測量物體的三維形狀的3D掃描設備。

原理

將窄帶光投射到三維形狀的表面上產生一條照明線,該照明線看起來與投影儀的其他視角相比是扭曲的,并且可以用于表面形狀的幾何重建(光部分)。

更快速且更通用的方法是一次或多個條紋由多個條紋組成的圖案投影,因為這允許同時采集多個樣本。 從不同的角度看,由于物體的表面形狀,圖案看起來阿幾何失真。

盡管結構光投射的許多其他變體是可能的,但是平行條紋的圖案被廣泛用。 該圖顯示了投射到簡單3D表面上的單個條紋的幾何變形。 條紋的位移允許精確檢索對象表面上的任何細節的3D坐標。

精度和范圍

條紋投影方法的光學分辨率取決于所用條紋的寬度和它們的光學質量。 它也受光的波長限制。

由于景深,相機分辨率和顯示分辨率的限制,條紋寬度的極大減小證明是低效的。 因此,已經廣泛地建立了相移方法:采用略微偏移的條帶拍攝至少3次,通常約10次曝光。 該方法的第一個理論推導依賴于具有正弦波形強度調制的條紋,但是這些方法也適用于從LCD或DLP顯示器傳送的“矩形”調制條紋。 通過相移,可以解析例如條紋間距的1/10的表面細節。

因此,當前的光學條紋圖案輪廓術允許細節分辨率低至光的波長,實際上低于1微米,或者具有較大的條紋圖案,大約為1。 條紋寬度的1/10。 關于水平精度,在所采集的相機圖像的幾個像素上進行內插可以產生可靠的高度分辨率以及低至1/50像素的精度。

可以使用相應的大條紋圖案和設置來測量任意大的對象。 記錄實際應用涉及幾米大小的物體。

3D結構光掃描儀

結構光3D掃描儀是一種3D掃描儀,它使用以下組件捕獲3D掃描:

1.png

硬件:捕獲單元是掃描儀的物理部分,由投影光源 (白光,藍光LED燈)和 相機組成

軟件:為掃描儀供電的3D掃描軟件。 該軟件充當控制中心,運行整個操作,從捕獲物理對象的3D數據到清理輸出,即3D模型。 該模型包含有價值的信息,例如測量,表面特征和有關物理對象的幾何信息。它們適用于逆向工程,產品檢測,用于在游戲和電影中創建CGI的計算機圖形或用于查看目的的3D可視化等應用。

為了開始掃描過程,捕獲單元將一系列參考圖案投影到零件表面上。

10.JPG

下面是結構光3D掃描儀內部發生的圖形表示:

2.png

1.光源將一系列圖案投射到物體上,通常以多個平行光束的形式。

2.投影到物體表面時,圖案會變形。 掃描儀使用相機捕獲這些圖像。

3.攝像機將圖像傳回3D掃描軟件 。 它使用這些圖像和軟件的算法,使用三角測量的方法來計算對象的深度和表面信息。 3D掃描儀的最終輸出是計算機上以3D掃描形式的數字3D表示。

結構光三維掃描儀只能拍攝相機可以看到的3D圖像。 因此,為了創建整個對象的數字模型,必須以多個角度進行掃描。 然后清理,合并和拼接掃描(稱為后處理)以創建完整的數字模型。

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