3D掃描講解：開發(fā)人員可采用的五個基本步驟

作者：Hakki Refai,，Optecks公司首席技術(shù)官，Optecks是一家致力于基于DLP技術(shù)開發(fā)產(chǎn)品和解決方案的公司,，是TI DLP®設(shè)計公司網(wǎng)絡(luò)的成員。

當(dāng)今世界，為物體和數(shù)據(jù)建立3D模型的表現(xiàn)方式是大受追捧的手段,，并被廣泛應(yīng)用在制造業(yè)、數(shù)據(jù)可視化,、醫(yī)學(xué)和娛樂等方面,。但這些模型從何而來？一種常見的來源是高級計算機輔助設(shè)計（ACAD）軟件,，該軟件可通過切割和連接材料的虛擬塊來創(chuàng)建3D物體,。另一種常見的來源，同樣也是DLP技術(shù)可以輕松方便實現(xiàn)的,，是通過3D掃描儀,。3D掃描儀能使用一個或多個傳感器以及附加的組件來記錄和存儲有關(guān)物體表面的信息。這些信息可包括物體表面的空間位置,、質(zhì)地,、反射率、透射率,，還可能包括顏色,。高品質(zhì)的掃描儀能快速提供多種物體的精確測量值，并且有著高分辨率及低創(chuàng)性,；此類掃描儀易于使用,，同時極具成本效益。DLP技術(shù)可用于實現(xiàn)高品質(zhì)掃描儀,。

那么,，3D掃描到底是如何進(jìn)行的？以下有供參考的五個基本步驟：

1.        采集（Acquisition）：物體的屬性是通過傳感器及其它元件測定的,，測量值被存儲起來供之后的處理,。采集過程通常從各種角度,、分多個階段實施，以確保所有相關(guān)細(xì)節(jié)信息都能被捕獲,。
2.        記錄（Registration）：從各個采集階段獲取的數(shù)據(jù)集會在一致的參考幀內(nèi)被參考和校準(zhǔn),，在測量值集之間建立聯(lián)系，這有助于將測量值融入緊密結(jié)合的模型中,。
3.        泛化（Generalization）：在采集階段,，測量連續(xù)表面上的每個點是不太實際的，所以,，測量數(shù)據(jù)是離散或非連續(xù)的,。為建立連續(xù)表面的模型，若干算法已經(jīng)被開發(fā)出來,，旨在正確地詮釋測量值,，并在數(shù)據(jù)點之間實現(xiàn)表面外插或填充。
4.        融合（Fusion）：來自多個階段的測量值被組合成單個物體,。該步驟可在泛化處理之前或之后實施,。對步驟3、步驟4和步驟5進(jìn)行若干次迭代是必需的,，以便產(chǎn)生一個精確的模型,。
5.        優(yōu)化（Optimization）：要在目標(biāo)應(yīng)用中實現(xiàn)最佳使用效果，可重新格式化該模型,。

如果每單位面積的測量值（即采樣密度）很多并可迅速獲得,，那么3D掃描過程就能十分高效地運行。為實現(xiàn)這個目標(biāo),，我們常采用主動三角測量法,，例如使用Kinect。已知方向和位置的光源投射出帶有圖形的光,，以展示所需的物體細(xì)節(jié),。已知位置和方向的攝像頭則可拍攝該圖形的影像。然后用三角測量法來定位空間中圖案的每個點,，從而產(chǎn)生物體表面的一系列網(wǎng)格點,。如果可在非常短的時間內(nèi)顯示許多不同的高分辨率圖案，那么一個高度精確的3D模型將會被生成,。

這一點上,，DLP技術(shù)可提供差異化的優(yōu)勢。這些優(yōu)勢包括：
1.        小型數(shù)字微鏡器件（DMD）像素大小能產(chǎn)生對高光強度的分辨率,，可實現(xiàn)卓越性能,。
2.        當(dāng)與不同顏色的光源耦合使用時，物體顏色對采集過程的影響會被最大限度地減小,，并可迅速獲得色彩編碼的數(shù)據(jù),。
3.        DLP系統(tǒng)的幀速率很高,，每秒可產(chǎn)生多達(dá)32,500個圖形，從而能實現(xiàn)高采集速度并允許快速和精確的系統(tǒng)校準(zhǔn),。
4.         可在一個或僅僅幾幀內(nèi)改變圖形類型、顏色和分辨率,，以便快速提供許多不同的測量值——這些測量值能帶來高精確度和細(xì)節(jié)信息,。

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