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    2020年12月14日 10:12

三維掃描儀分類

在工業(yè)檢測領(lǐng)域目前*主流的是三坐標(biāo)測量儀、拍照式三維掃描儀和手持式三維掃描儀。

從專業(yè)**的角度來看，三維掃描儀的分類如下：

▌接觸式測量

這是目前應(yīng)用*廣的自由曲面三維模型數(shù)字化方法之一，典型**就是三坐標(biāo)測量機(jī)。接觸式三維掃描適用性強(qiáng)、精度高（可達(dá)微米級別）；不受物體光照和顏色的限制；適用于沒有復(fù)雜型腔、外形尺寸較為簡單的實(shí)體的測量；由于采用接觸式測量，可能損傷探頭和被測物表面，也不能對軟質(zhì)的物體進(jìn)行測量，應(yīng)用范圍受到限制；受環(huán)境溫濕度影響；同時(shí)掃描速度受到機(jī)械運(yùn)動(dòng)的限制，測量速度慢、效率低；無法實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)測量；接觸測頭的掃描路徑不可能遍歷被測曲面的所有點(diǎn)，它獲取的只是關(guān)鍵特征點(diǎn)，因而，它的測量結(jié)果往往不能反映整個(gè)零件的形狀。在行業(yè)中的應(yīng)用具有極大的限制。

當(dāng)下由于現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)和光電技術(shù)的發(fā)展，基于光學(xué)原理、以計(jì)算機(jī)圖像處理的三維自由曲面非接觸式測量設(shè)備逐漸成為主流，非接觸測量方式具有無損傷、高精度、高速度以及易于在計(jì)算機(jī)控制下實(shí)行自動(dòng)化測量等一系列特點(diǎn)，已經(jīng)成為現(xiàn)代三維面形測量的重要途徑及發(fā)展方向，其中三維激光掃描儀和三維照相式掃描儀占據(jù)了及其重要的位置。

▌三維激光掃描儀

三維激光掃描儀按照掃描成像方式的不同，激光掃描儀可分為一維(單點(diǎn))掃描儀、二維(線列)掃描儀和三維(面列)掃描儀。而按照不同工作原理來分類，可分為脈沖測距法（亦稱時(shí)間差測量法）和三角測量法。

脈沖測距法：激光掃描儀由激光發(fā)射體向物體在時(shí)間 t1發(fā)送一束激光，由于物體表面可以反射激光，所以掃描儀的***會在時(shí)間 t2接收到反射激光。由光速 c，時(shí)間 t1，t2算出掃描儀與物體之間的距離d=(t2-t1)c/2。

顯而易見的，脈沖測距式3D激光掃描儀，其測量精度受到掃描儀系統(tǒng)準(zhǔn)確地量測時(shí)間的限制。當(dāng)用該方式測量近距離物體的時(shí)候，由于時(shí)間太短，就會產(chǎn)生很大誤差。所以該方法比較適合測量遠(yuǎn)距離物體，如地形掃描，但是不適合于近景掃描。

三角測距法：用一束激光以某一角度聚焦在被測物體表面，然后從另一角度對物體表面上的激光光斑進(jìn)行成像，物體表面激光照射點(diǎn)的位置高度不同，所接受散射或反射光線的角度也不同，用 CCD（圖像傳感器）光電探測器測出光斑像的位置，就可以計(jì)算出主光線的角度θ 。然后結(jié)合己知激光光源與 CCD 之間的基線長度 d，經(jīng)由三角形幾何關(guān)系推求掃描儀與物體之間的距L≈dtanθ。

手持激光掃描儀通過上述的三角形測距法建構(gòu)出3D圖形：通過手持式設(shè)備，對待測物發(fā)射出激光光點(diǎn)或線性激光。以兩個(gè)或兩個(gè)以上的偵測器測量待測物的表面到手持激光產(chǎn)品的距離，通常還需要借助特定參考點(diǎn)－通常是具黏性、可反射的貼片－用來當(dāng)作掃描儀在空間中定位及校準(zhǔn)使用。這些掃描儀獲得的數(shù)據(jù)，會被導(dǎo)入電腦中，并由軟件轉(zhuǎn)換成3D模型。

三角測量法的特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、測量距離大、抗干擾、測量點(diǎn)小（幾十微米）、測量準(zhǔn)確度高。但是會受到學(xué)元件本身的精度、環(huán)境溫度、激光束的光強(qiáng)和直徑大小以及被測物體的表面特征等因素的影響。

三維激光掃描儀的特點(diǎn)：

（1）非接觸測量，主動(dòng)掃描光源；

（2）數(shù)據(jù)采樣率高；

（3）高分辨率、高精度；

（4）數(shù)字化采集、兼容性好；

（5）可與外置數(shù)碼相機(jī)、GPS 系統(tǒng)配合使用，極大地?cái)U(kuò)展了三維激光掃描技術(shù)的使用范圍。

▌三維照相式掃描儀

三維照相式掃描儀，光源主要是白光，其工作過程類似于照相過程，掃描物體的時(shí)候一次性掃描一個(gè)測量面，快速，簡潔，因此而得名。照相式三維掃描采用的是面光技術(shù)，掃描速度非?？?，一般在幾秒內(nèi)便可以獲取百萬多個(gè)測量點(diǎn)，基于多視角的測量數(shù)據(jù)拼接，則可以完成物體360度掃描。

三維照相式掃描儀采用的是結(jié)構(gòu)光技術(shù)，同樣依據(jù)三角函數(shù)原理，但是并非使用激光，而是依靠向物體投射一系列光線組合，然后通過檢測光線的邊緣來測量物體與掃描儀之間的距離。結(jié)構(gòu)光技術(shù)一般采用兩個(gè)高分辨率的CCD相機(jī)和光柵投影單元組成，利用光柵投影單元將一組具有相位信息的光柵條紋投影到測量工件表面，兩個(gè)CCD相機(jī)進(jìn)行同步測量，利用立體相機(jī)測量原理，可以在極短的時(shí)間內(nèi)獲得物體表面高密度的三維數(shù)據(jù)。利用參考點(diǎn)拼接技術(shù)，可將不同位置和角度的測量數(shù)據(jù)自動(dòng)對齊，從而獲得完成的掃描結(jié)果，實(shí)現(xiàn)建模。

三維照相式掃描儀的特點(diǎn)：①非接觸測量；②精度高，單面測量精度可達(dá)微米級別；③對環(huán)境要求較低；④對個(gè)別顏色（如黑色）及透明材料有限制，需要噴涂顯像劑方能較好的掃描出來。

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