精度超過原物倒模 3D掃描儀技術(shù)解析

為什么3D打印那么火？因為3D技術(shù)早已有之,，火是市場趨勢,，工業(yè)界尋找技術(shù)發(fā)力點，3D打印恰好符合條件,，桌面式個人3D打印前景廣闊,，開源技術(shù)基礎(chǔ)又讓準(zhǔn)入門檻大為降低。綜合也都造成了目前火的景象,。

可是相對3D掃描對大部分人來說是一個陌生的詞語,。最近MakerBot公司即將發(fā)布3D掃描產(chǎn)品,。這款產(chǎn)品是3D打印技術(shù)的一個衍生設(shè)備。作為3D打印機的眼神,，3D掃描有望獲得人們的青睞,。那么什么是3D掃描技術(shù)呢？3D掃描技術(shù)有哪些應(yīng)用范圍和優(yōu)缺點呢,？和3D打印能否有所結(jié)合呢,？本文將全面系統(tǒng)的介紹，讓您更加了解3D掃描技術(shù),。

精度超過原物倒模 3D掃描儀技術(shù)解析

什么是3D掃描儀,？

三維掃描儀(3D scanner) 是一種科學(xué)儀器，用來偵測并分析現(xiàn)實世界中物體或環(huán)境的形狀(幾何構(gòu)造)與外觀資料(如顏色,、表面反照率等性質(zhì)),。搜集到的資料常被用來進行三維重建計算,，在虛擬世界中建立實際物體的數(shù)位模型,。這些模型具有相當(dāng)廣泛的用途，舉凡工業(yè)設(shè)計,、瑕疵檢測,、逆向工程、機器人導(dǎo)引,、地貌測量,、醫(yī)學(xué)資訊、生物資訊,、刑事鑒定,、數(shù)位文物典藏、電影制片,、游戲創(chuàng)作素材等等都可見其應(yīng)用,。

3D掃描儀

三維掃描儀的制作并非仰賴單一技術(shù)，各種不同的重建技術(shù)都有其優(yōu)缺點,，成本與售價也有高低之分,。目前并無一體通用之重建技術(shù)，儀器與方法往往受限于物體的表面特性,。例如光學(xué)技術(shù)不易處理閃亮(高反照率),、鏡面或半透明的表面，而雷射技術(shù)不適用于脆弱或易變質(zhì)的表面,。

3D掃描儀示意圖

三維掃描儀可模擬為照相機,，它們的視線范圍都體現(xiàn)圓錐狀，信息的搜集皆限定在一定的范圍內(nèi),。兩者不同之處在于相機所抓取的是顏色信息,，而三維掃描儀測量的是距離,。由于測得的結(jié)果含有深度信息，因此常稱之,。

第2頁：3D掃描儀分類

3D掃描儀分類

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)，這些分類下又細分出眾多不同的技術(shù)方法,。使用可見光影像達成重建的方法,，又稱做基于機器視覺(vision-based)的方式，是今日機器視覺研究主流之一,。

柯尼卡美能達 RANGE7/RANGE5 非接觸式三維掃描儀

柯尼卡美能達非接觸式三維掃描儀RANGE7/RANGE5對不同外形輪廓的工業(yè)部件,，包括沖壓件、加工件,、模具,、成型件、鑄件以及注塑件,，瞬間掃描并將其轉(zhuǎn)換為三維數(shù)據(jù),。數(shù)據(jù)模型可以精確的在電腦屏幕上重現(xiàn)。使用選配應(yīng)用軟件,，通過對比這個掃描數(shù)據(jù)和三維CAD設(shè)計數(shù)據(jù),，你就可以快速獲得軟件自動導(dǎo)出的檢測報告，包括全局誤差,、界面誤差,、壁厚分配以及GD&T（幾何尺寸及公差）。這使得制造工序中的工作速度以及產(chǎn)品質(zhì)量大大提高,。

3D雷射掃描儀 可用于掃描建筑物

接觸式掃描：接觸式三維掃描儀透過實際觸碰物體表面的方式計算深度,，如座標(biāo)測量機(CMM, Coordinate Measuring Machine)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,，因此不適用于高價值物件如古文物,、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間,，現(xiàn)今最快的座標(biāo)測量機每秒能完成數(shù)百次測量，而光學(xué)技術(shù)如雷射掃描儀運作頻率則高達每秒一萬至五百萬次,。

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(如雷射),，而是以測量由待測物表面反射周遭輻射線的方法，達到預(yù)期的效果,。由于環(huán)境中的可見光輻射,，是相當(dāng)容易取得并利用的,，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)用于這項用途的。因為大部分情況下,，被動式掃描法并不需要規(guī)格太特殊的硬件支援,，這類被動式產(chǎn)品往往相當(dāng)便宜。非接觸被動式掃描包括：立體視覺法(Stereoscopic),、色度成形法(Shape from Shading),、立體光學(xué)法(Photometric Stereo)和輪廓法等�,！　�

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算三維空間資訊。就是像物體投射特定的光,，其中代表技術(shù)激光線式的掃描,，精度比較高，但是由于每次只能投射一條光線,，所以掃描速度慢,。另外,，由于激光會對生物體以及比較珍貴的物體造成傷害,，所以不能應(yīng)用于某些特定領(lǐng)域。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。非接觸主動式掃描包括：時差測距(Time-of-Flight),、三角測距(Triangulation),、手持雷射(Handhold Laser)、結(jié)構(gòu)光源(Structured Lighting)和調(diào)變光(Modulated Lighting)等等,。

第3頁：小型3D掃描儀即將上市

小型3D掃描儀即將上市

MakerBot似乎在推廣3D打印事業(yè)上做出了不少貢獻,，近來一家名為Matterform的企業(yè)正準(zhǔn)備生產(chǎn)一種簡單、小型的3D掃描儀,，作為3D打印機的互補出現(xiàn)在市場上,，這家公司已經(jīng)為此在Indiegogo上發(fā)布了籌款項目。

Photon 3D掃描儀

這款名為Photon的3D掃描儀合起來的時候尺寸與普通打印機無異,，打 開后就會見到承載掃描物體的平臺,。機器運作過程中，圓形托盤會轉(zhuǎn)動,，機身上裝載的攝像頭和激光會開始掃描收集該物體的外形數(shù)據(jù),，耗時約3分鐘,。

Photon 3D掃描儀

這款3D掃描儀最大能夠掃描9.75英寸高、7.5英寸寬(約24.77×19.05cm)的物體,，參與發(fā)起的籌款項目中,，購買這款設(shè)備需要392美元(約合人民幣2438元)。當(dāng)然除了這臺設(shè)備外,，Matterform還為此推出了配套的掃描軟件,。Matterform的目標(biāo)是造出更為易用的掃描儀產(chǎn)品，進一步促進3D打印的普及,。

因為大部分用戶無法自行構(gòu)建物體模型,，所以3D打印自然也會受阻。而如果能將3D打印機與掃描儀配合使用,，就能完成許多小型簡單物體的復(fù)制工作,，也為家用或手工制品提供很好的助力。Matterform表示,，最早一批的Photon將于7月份出貨,，前提是籌款至少要到80000美元的目標(biāo)，離此籌款項目結(jié)束還有32天,，目前還需要60000美元,。

　　小結(jié)：三維掃描系統(tǒng)是集光、機,、電和計算機技術(shù)于一體的高新技術(shù),，是對物體空間外形和結(jié)構(gòu)及色彩進行掃描，以獲得物體表面的空間坐標(biāo),。它的重要意義在于能夠?qū)�實物的立體信息轉(zhuǎn)換為計算機能直接處理的數(shù)字,。三維掃描系統(tǒng)可以用于建筑和土木工程、加工工業(yè)和數(shù)字工廠,、檢測和逆向工程,、歷史遺產(chǎn)恢復(fù)工程、取證和事故現(xiàn)場應(yīng)用等場合,。與三維打印機技術(shù)相結(jié)合,，可以將數(shù)據(jù)真實化，為科學(xué)研究,、數(shù)據(jù)分析,，以及我們的生活帶來便利。更多3D掃描儀資訊請關(guān)注納金網(wǎng)http://www.narkii.com/