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1. 三维扫描的分类
三维扫描技术根据其实现原理可以分为接触式(Contact)与非接触式(Non-contact)两种。
其中,接触式三维扫描仪通过实际接触物体表面计算深度。此类方法获取数据精度高,一般
用于工程制造业。然而接触式扫描有损坏待测物体的可能,另外,其测量速度较慢,远低于
结构光等非接触式扫描方法。
非接触式扫描又可以分为主动扫描(Active)和被动扫描(Passive)两种。
主动式扫描方法可以将可控光源或者其他任何形式的能量投射至物体,通过能量的反射来计
算出三维空间信息。常见的投射能量有可见光、红外线、超音波与 X 射线等。主动式扫描
方法具体又可以分为三角测距(Triangulation Measurement)、飞行时间测距(Time-of-flight)、
调变光(Modulated Lighting)、结构光(Structured Light)等方法。其中,基于三角测距的
激光扫描与结构光扫描是最常用的商用三维扫描方法。
激光扫描仪器(2012 年售价在 24 万美元以上)
被动扫描方法不发射能量用于传感,而是仅仅利用被动接受的信号。其中具体又可以分为立
体视觉技术(Stereoscopic)、来自运动的结构(Structure From Motion)、来源于阴影的形状
(Shape From Shading)、光度立体法(Photometric Stereo)等。被动扫描方法不需要特殊的
硬件支持,设备成本较低,并可用于较大场景以及户外物体。但是,被动扫描方法对于物体
表面光照纹理条件有需求,并且,一般计算复杂度高,算法鲁棒性(Robust)较低。
三维扫描技术分类图
1.1. 激光扫描的原理
如图所示,为了测量物体表面的三维几何信息,激光发射器发射激光到待测物体表面,利用
相机拍摄物体上的激光点。由于待测物体到激光扫描仪的距离不同,激光光点在相机画面中
的位置也会不同。激光光点、相机、激光发射器三者构成三角形位置关系。通过相机定标技
术,可以求解出相机的内部参数,并且,可以计算出激光发射器和相机的相对位置关系。通
过拍摄画面中激光光点的位置,可以确定激光光线和相机视线这两条射线,在此三角形中,
可以求出激光光点到相机的距离。为了提高测量效率,一般以线激光条纹取代单一激光光点,
将激光线投射至待测物体进行扫描,加速了整个测量的进程。另外,可以将物体放置在云台
上进行平移或者旋转,从而扫描出物体表面的完整的几何信息。
1.2. 结构光扫描的原理
从激光扫描进一步,人们考虑将投影仪替换激光发射器,通过向待测物体投射特定的二维图
案或者图案序列来确定三角形。例如下图的结构光扫描仪,通过投影不同宽度的条纹图案,
可以达到与发射多条线激光条纹同样的效果。利用这种思路实现的结构光扫描仪,可以快速
重建出待测物体一个角度上完整的几何数据,测量速度相对于激光扫描仪明显提高。
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- jackbreak2018-08-13还可以吧,应该是从网络搜集整理而来
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