Технология лазерного сканирования: Лазерное сканирование – Совзонд

Лазерное сканирование: преимущества и особенности технологии

В этой статье:

• Суть и виды лазерного сканирования
• Плюсы и минусы лазерного сканирования
• Сферы применения лазерного сканирования
• Выбор способа лазерного сканирования
• Обзор популярных производителей и моделей лазерных сканеров

Лазерное сканирование – это современная технология, нашедшая широкое применение в геодезии, археологии, строительстве, проектировании и других подобных сферах деятельности. Сканирование такого типа обладает крайне высокой точностью и возможностями показать 3D-копию объекта.

Данный метод разделяется на несколько видов, каждый из которых оптимален для выполнения определенного круга задач. В нашей статье мы расскажем, как происходит лазерное сканирование, в чем особенности каждого вида и как выбрать лучший под свои нужды.

Суть и виды лазерного сканирования

Для того чтобы получить трехмерный макет объекта, который можно будет использовать при расчетах в строительных работах, необходимо совершить ряд манипуляций по его замерам. С применением тахеометра это происходит долго и проблематично. Однако лазерное сканирование позволяет значительно ускорить этот процесс. Преимущество заключается в принципе работы.

Суть лазерного сканирования в том, чтобы посредством лазерных лучей, направленных на измеряемый объект, и их преломления на поверхностях последнего сформировать облако пространственных координат, из которых затем и будет воссоздан детальный макет.

Для определения расстояния применяются два метода, отличающихся уровнями сложности. Первый (или импульсный) позволяет сделать замеры на основе длительности пребывания волны в пути. Второй (фазовый) дополнительно учитывает такие нюансы, как текстура и отражающие свойства поверхностей исследуемого объекта, и так далее.

Оборудование для трехмерного или 3D-сканирования имеет преимущества перед традиционным геодезическим.

В первую очередь, благодаря такому сканированию появляется возможность измерения большой площади за короткое время, поскольку аппарат может снимать одновременно до миллиона координат по всему диаметру. Это же обстоятельство уменьшает количество перемещений техники для замеров.

Поскольку лазерный сканер исследует поверхности автоматически и делает это с точностью до миллиметра, то вероятность допущения ошибки отсутствует. Таким образом, его применение позволяет быстро получить точную цифровую модель объекта.

Поскольку процесс сканирования автоматизирован, человеческое участие сводится к установке техники на месте и ее последующем переносе при необходимости съемки с другого ракурса. Лазерный прибор фиксирует облако точек быстрее и точнее, чем, например, тахеометр, поэтому результаты с его использованием удается получить быстрее.

Виды 3D-съемки:

• Наземное лазерное сканирование. Производится при помощи стационарных устройств. Используется для измерения объектов с конструкцией разного уровня сложности (частные дома, высотные здания, производственные установки и т. д.).
• Воздушное лазерное сканирование. Осуществляется при помощи летательных аппаратов (в том числе управляемых дистанционно) и используется для измерений сверху больших, а также плотно застроенных территорий.
• Мобильное лазерное сканирование. Поскольку оно требуется для измерения протяженных объектов, прибор фиксируется на транспортном средстве (автомобиле). Таким образом осуществляется сканирование дорог и инженерных систем.

Плюсы и минусы лазерного сканирования

Возможность получения точных данных позволяет существенно сократить сроки строительных и ремонтно-восстановительных работ. Потому что, во-первых, лазерный сканер во много раз быстрее и точнее стандартных измерительных приборов.

Во-вторых, его результаты могут храниться в полном объеме на электронных носителях и совместимы с большинством современных компьютерных систем проектирования, среди производителей которых Autodesk, AVEVA, Intergraph.

Лазерное сканирование объектов имеет определенные плюсы:

• Высокая точность. За счет различных настроек есть возможность определять расстояние до миллиметра и вычислять по начальному и конечному отражениям текстуру поверхности для ее дальнейшего распознавания.
• Детализация. За счет рассеивания лазерных лучей во всех направлениях участок охватывается полностью и результат съемки оказывается исчерпывающим. Так называемые «белые пятна» в таком случае отсутствуют.
• Моментальное отображение результатов. Современные лазерные сканеры сразу выводят на экран картинку того, что измеряют, за счет чего экономится время на дополнительной расшифровке, а пользоваться ими проще.
• Безопасность. Технология лазерного сканирования позволяет с дальнего расстояния изучать труднодоступные участки и объекты. При этом четкость, точность и полнота результатов сохраняются.
• Автоматизация. Каждый лазер заранее настроен, поэтому для работы с ним достаточно нажатия кнопки и выбора режима. Далее техника сама все зафиксирует и передаст результаты на экран, исключив вероятность появления ошибок под влиянием человеческого фактора.

Однако для объективной оценки данной категории измерительных устройств необходимо знать и их минусы. Ведь каждый недостаток – это возможность для улучшения. Именно благодаря такому подходу производители выпускают все больше универсальных приборов, совмещающих в себе различные возможности.

Итак, недостатки лазерных сканеров:

• Работают только при положительных температурах. Есть модели, которые выдерживают отрицательные значения, примерно до -20 °С, однако таких мало, и за счет этого они стоят дороже.
• Программное обеспечение для лазерных сканеров зачастую не учитывает конструктивного многообразия объектов, поэтому некоторый массив точек приходится заносить в базу данных вручную. Сами приложения автоматически конвертируют только ту часть, которая соответствует простым геометрическим формам.

Это интересно!

“Виды инженерных изысканий: цели, задачи, состав работ”

Подробнее

Отдельно необходимо отметить, что при всех возможностях и преимуществах автоматики применение лазерного сканирования все равно требует участия человека. Безусловно, оно позволяет измерять сложные и опасные объекты с большого расстояния и сохранять точность и полноту картины. Однако именно специалист определяет места съемки и устанавливает технику, планирует время измерений, сравнивает результаты, выполняет с ее помощью обмер сооружений со сложной конструктивной формой и т. д.

Сферы применения лазерного сканирования

За счет универсальности современную технику можно использовать при различных направлениях. В качестве ее объектов выступают здания с простой и сложной геометрической формой, протяженные инженерные конструкции, труднодоступные и опасные удаленные участки и многое другое. Результаты съемки же хранятся в оцифрованном виде, с которым работает большинство проектировочных программ.

Данные лазерного сканирования применяются в следующих направлениях:

• проектирование зданий и сооружений;
• контроль на любом этапе строительства и ремонта;
• перенос на план инженерных коммуникаций и специальных сооружений;
• проверка текущего состояния объектов;
• 3D-моделирование интерьера и экстерьера – дизайн;
• монтаж кровли, высотные работы;
• контроль над состоянием объектов культурного наследия, фасадами здания, светопрозрачными конструкциями и работами по их ремонту/восстановлению;
• проверка фактического состояния промышленных сооружений, их последующая реставрация и наблюдение за ее выполнением;
• составление топографических карт и отслеживание состояний инженерных конструкций;
• моделирование и реконструкция археологических памятников.

Это интересно!

“Экологические изыскания для строительства: задачи и состав работ”

Подробнее

Помимо перечисленного выше, лазерные технологии применяются для сканирования объектов транспортной инфраструктуры, в которую входят дороги, мосты, тоннели и прочие сооружения.

Выбор способа лазерного сканирования

Методы измерения объектов зависят от их типов и того, какие задачи стоят перед специалистом. Например, здание целесообразно сканировать наземными способами с применением стационарной техники, крупные участки (500 и более гектаров) – воздушными, а протяженные (дорога, трубопровод, заградительные сооружения) – мобильными.

Лазерное сканирование с воздуха позволяет оценивать обширные территории. В частности, участки, поросшие лесом, заболоченные, со сложным рельефом, фиксировать которые с земли нецелесообразно и долго.

Этот тип сканирования является полным и одновременно дорогим.

ТЛО (точки лазерных отражений) отображаются в зависимости от метода исследования. При наземном – по интенсивности обратного луча, при воздушном – в соответствии с классификацией объектов, при мобильном – согласно цветам с фотоснимков.

Типы лазерного сканирования выбираются как с учетом размеров объекта, так и исходя из требуемой точности измерений. Так, наземное дает погрешность 2–5 мм., мобильное – до 5 см., а воздушное – до 15–20 см.

Таким образом, в зависимости от особенностей исследования каждый метод ориентирован на решение определенного круга задач:

• Воздушное лазерное сканирование применяется на крупных объектах и труднодоступных участках, конструкциях с большой протяженностью. Также используется при создании объемной цифровой модели городов.
• Мобильное лазерное сканирование применяется для оценки и контроля за состоянием дорожных полотен, ж/д веток, мостов, тоннелей. Также с его помощью моделируется городская инфраструктура.
• Наземное лазерное сканирование используется для получения максимально точных снимков. В частности, при оценке степени деформации мостов, тоннелей, шахт и т. д.

Данные, собранные воздушным и мобильным методами, благодаря использованию тахеометра и GPS-приемника могут быть дополнены и уточнены. Таким образом, уровень детализации получаемой модели измеряемого объекта повышается многократно.

Это интересно!

“Инженерно-геологические изыскания для строительства: задачи и особенности проведения”

Подробнее

Например, в случае с мобильным сканированием за счет установки опорных точек традиционными способами через каждые 50–100 м точность увеличивается до 1 см. При этом метки допустимо использовать как для уравнивания, так и в качестве контрольных, то есть применяемых в сравнительном анализе результатов.

Объемное моделирование применяется практически во всех областях жизни и используется повсеместно. Воздушное помогает разведать рельеф на участке, мобильное – оценить состояние ж/д полотна, наземное – просканировать и отобразить сложные геометрические сооружения.

Обзор популярных производителей и моделей лазерных сканеров

FARO Focus

Новая модель серии S c GPS-связью и возможностью работы при ярком освещении (солнечный день, множество отражений). Отличается легкостью, удобством транспортировки и небольшими размерами.

Это интересно!

“Гидрометеорологические изыскания: состав работ, этапы проведения, содержание отчета”

Подробнее

Модель FOCUS 3D S 150 имеет дальность 150 м и погрешность на максимальном расстоянии в 2 000 мкм. Подходит для применения в дизайне, архитектуре и строительстве, создания цифровой модели оборудования и прочих объектов простой и сложной конфигурации.

SHINING 3D

Китайский производитель портативных сканеров FreeScan X5 (X5+), FreeScan X7 (X7+), отличающихся легкостью, компактностью и широким спектром применения. Несмотря на незначительный вес (1 кг), они спроектированы для выполнения работы на профессиональном уровне.

Creaform

Компания известна тем, что выпускает качественное оборудование для сканирования, которым можно начинать пользоваться сразу. Простота эксплуатации и высокие характеристики HandySCAN 3D, MetraSCAN 3D дополняются портативностью. С их помощью можно выполнять лазерное сканирование зданий и их отдельных сегментов, крупных и малых объектов разной сложности.

ScanTech

Высокотехнологичное оборудование HandHeld Prince используется для сканирования объектов разных размеров и геометрических форм. Его работа основана на принципе использования красных и синих лучей, сочетание которых позволяет достичь высокой точности полученной цифровой модели. Оборудование, несмотря на «техническую начинку» и характеристики, портативное и компактное.

Таким образом, сегодня лазерное сканирование в геодезии и инженерии является перспективным направлением. По сравнению с традиционными приспособлениями для измерения объектов оно точнее, надежнее и быстрее, а получаемая цифровая модель может использоваться во множестве современных компьютерных программ по проектированию. Безусловно, такой тип сканирования стоит дороже, однако именно благодаря ему результаты не требуют переоценки и существенно экономят время.

Можно сделать вывод, что сейчас лазерное сканирование зданий и сооружений является наиболее перспективным направлением для проведения различных инженерно-геодезических работ. Высокая технологичность метода дает неоспоримые преимущества в сравнении с другими видами топографической съемки. При этом использование новой технологии не только не увеличивает стоимость услуг, но даже помогает выгодно сэкономить.

Технологии лазерного сканирования

На протяжении последних десяти лет весь мир в общем, и специалисты в области геодезии, в частности, стали свидетелями мирной технологической революции, название которой – GPS. Возможность получать точные координаты своего местоположения не за часы или даже сутки долгих наблюдений и вычислений, а за минуты и секунды, явилась такой же важной вехой в технологических достижениях человечества, как изобретение телеграфа или самолета

Но достаточно консервативный мир традиционных геодезических и смежных с ним прочих координатных измерений все же не был в должной степени удовлетворен качеством и полнотой получаемых данных для построения цифровых моделей измеряемых объектов. В самом деле, разреженные координатные данные не позволяют с максимальной точностью описать объект съемки – слишком мало информации. Проблема, казалась неразрешимой, до тех пор, пока мир не услышал о ЛАЗЕРНОМ СКАНИРОВАНИИ. Технологии, которая ворвалась в наш мир стремительно и продолжает победное шествие. Революция в измерениях свершилась, и теперь остается принять ее, учитывая ошибки, разрабатывая стратегию, меняя тактику и активно пользоваться ее плодами и завоеваниями.

Что нужно сделать для построения точной трехмерной модели здания или чертежа цеха? Сначала провести измерения и получить координаты всех объектов, а затем уже представить их в графическом виде. Именно измерения координат объекта, составляет наиболее трудоемкую и затратную часть всей работы. Как правило, геодезисты, или другие специалисты, проводящие измерения, используют современное оборудование, в первую очередь электронные тахеометры, позволяющие получать координаты точек с точностью нескольких миллиметров. Принцип работы тахеометра понятен и известен. Однако скорость измерения тахеометром невысока. Такой метод эффективен при съемке разряженной, незагруженной объектами площади. Но сложность, с которой приходится сталкиваться при креплении призм на большой высоте или в труднодоступном месте, зачастую бывает непреодолимой. Появление безотражательных тахеометров, имеющих возможность работать без специальных отражателей, произвело “бархатную” революцию в геодезии. Теперь можно проводить измерения без долгих и утомительных поисков лестниц для подъема отражателя под крышу дома, подставок для установки призмы над полом в помещении с высокими потолками и пр. Достаточно просто навестись на необходимую точку и все. Луч может отражаться от любой ровной поверхности. Но сколько времени требуется на съемку, с какой плотностью будут получены измерения, с какой точностью и достоверностью? Сколько времени требуется для детальной съемки фасада здания высотой 20 метров или цеха металлургического завода площадью 2 гектара? Недели, месяцы? Использование безотражательного тахеометра может значительно снизить сроки, но, тем не менее, Вы проведете за прибором долгие часы и дни. А с какой плотностью будет сделана съемку фасада: одна точка на кв. м? Вряд ли этого достаточно для построения чертежа со всеми элементами.

А теперь представьте, что в Ваших руках безотражательный тахеометр, который ведет съемку автоматически, без участия оператора со скоростью 5 тысяч измерений в секунду. Еще два-три года назад это предложение представлялось фантастичнее, нежели полет на Луну сто лет назад. Сегодня это стало не менее реальным, нежели следы американских астронавтов или советского “Лунохода” на поверхности нашего небесного соседа.

Название этого чуда – лазерное сканирование. Метод, позволяющий создать цифровую модель всего окружающего пространства, представив его набором точек с пространственными координатами. Основное отличие от традиционных тахеометров – принципиально другая скорость выполнения измерений, сервопривод, автоматически поворачивающий измерительную головку в горизонтальной и вертикальной плоскостях. И все же самое главное – скорость (не менее 5000 измерений в секунду – в среднем два-три полных рабочих дня измерений обычным тахеометром) и плотность (до десятков точек на 1 кв. см. поверхности)! Полученная после измерений модель объекта представляет собой гигантский набор точек (от сотен тысяч до нескольких миллионов), имеющих координаты с точностью в несколько миллиметров. Не нужно больше смотреть в окуляр тахеометра, выискивая цель, не нужно нажимать кнопку для запуска дальномера и записи полученных данных в память, и наконец, не нужно бесконечно переставлять прибор для поиска наиболее выгодной для съемки позиции. Теперь это можно делать с одной точки, без участия оператора и в десятки раз быстрее, сохранив при этом необходимую точность.

Разумеется, сканирование – не чудесный талисман, позволяющий решить все проблемы простым нажатием кнопки. Законы физики, теория электромагнитного излучения не позволяет делать измерения сквозь стены, трубы, любой непрозрачный объект, вынуждая производить несколько сканов с разных точек для получения полной и цельной картины, но, несмотря на эти обстоятельства, сканирование, тем не менее – гораздо более быстрый, а главное в сотни раз более информативный метод получения данных об объекте.

Как работает лазерный сканер? Принцип работы сканера тот же, что и простого тахеометра – измерение расстояния до объекта и двух углов, что в конечном итоге дает возможность вычислить координаты. Пучок лазера исходит из излучателя, отражается от поверхности объекта и возвращается в приемник. Вращающаяся  призма распределяет пучок по вертикали с заранее заданным шагом (например, 0. 1^о). Таким образом, в отдельном взятом вертикальном скане будут измерены все точки с дискретностью 0.1^о (например, при максимальном вертикальном угле сканирования 140^о их будет, соответственно 1400). Затем сервопривод поворачивает блок измерительной головки на угол, равный шагу измерения (при той же дискретности 0.1^о полный оборот сканера состоит из 3600 отдельных вертикальных плоскостей). Таким образом, полная цифровая картина пространства будет представлена в виде набора 5040000 точек. Пять миллионов точек за 30 минут! Более полную цифровую картину не может представить никакой другой из известных способов. Как правило, весь процесс съемки полностью автоматизирован. Данные измерений в реальном времени записываются на внешний или внутренний носитель. Схематично любой сканер можно разделить на несколько основных блоков: – измерительная головка (в ней расположены лазерный излучатель и приемник), вращающаяся призма (обеспечивает распределение пучка в вертикальной плоскости), – сервопривод горизонтального круга (обеспечивает вращение измерительной головки в горизонтальной плоскости) – компьютер (предназначен для управления съемкой и записи данных на носитель).

Что потом? После того, как произведены измерения, начинается процесс обработки. Изначально, “сырые измерения” представляют собой набор (“облако”) точек, которые необходимо представить в виде чертежей, схем в CAD формате. Разумеется, никакое программное обеспечение не может сегодня успешно решить проблему распознавания образов ни в автоматическом, ни в полуавтоматическом режиме с той степенью достоверности, которая нужна пользователю. Поэтому, весь процесс обработки требует участия человека и без кропотливого ручного труда в ближайшем будущем не обойтись. Процесс обработки зависит от желаемого результата от того, что конкретно мы хотим получить. Это может быть само облако точек, неправильная поверхность (TIN), набор сечений, план, сложная 3D-модель либо просто набор измерений (длины, периметры, диаметры, площади, объёмы). Но в целом обработка состоит из нескольких основных этапов: “сшивка” сканов, трансформирование координат, создание поверхностей.

Где применяется? Как многие технические новшества и технологии, недавно вышедшие из лабораторий ученых, лазерное сканирование находится только в начале пути освоения разнообразных приложений. Но уже сейчас можно перечислить несколько технологических сфер, где сканеры применяются все более активно:

• съемка промышленных объектов (заводы, НПЗ, сложное производство)
• съемка мостов
• съемка и профилирование тоннелей
• промышленные измерения (определение объемов резервуаров)
• горная промышленность
• реставрация и строительство
• архитектура и археология

Конечно, будущее этой технологии еще впереди, и список будет дополняться новыми, может быть на первый взгляд, невозможными приложениями. Но совершенно очевидно, что точно известно сегодня – сканирование быстрее, точнее, информативнее, чем большинство существующих методов измерений

Авторы: Материал предоставлен компанией ООО  “Навгеоком -Красноярск”

Что такое 3D-сканирование? | Laser Design

Прежде всего, давайте проясним, что 3D-лазерное сканирование — это не волшебство. Правда, технологии, которые делают это возможным, очень продвинуты и весьма удивительны. Но за зеркалами, найденными в лазерном зонде (без дыма), скрывается много ноу-хау и опыта, благодаря которым лазерное сканирование кажется таким простым для клиентов Laser Design.

Прочтите или посмотрите наше видео о том, что такое 3D-сканирование?

Что такое 3D-сканирование?
Лазерное 3D-сканирование — это бесконтактная неразрушающая технология, которая в цифровом виде фиксирует форму физических объектов с помощью линии лазерного луча. Лазерные 3D-сканеры создают «облака точек» данных с поверхности объекта. Другими словами, 3D-лазерное сканирование — это способ запечатлеть точный размер и форму физического объекта в компьютерном мире в виде цифрового трехмерного представления.

Лазерные 3D-сканеры измеряют мелкие детали и захватывают произвольные формы для быстрого создания высокоточных облаков точек. Лазерное 3D-сканирование идеально подходит для измерения и проверки контурных поверхностей и сложных геометрических форм, для точного описания которых требуются огромные объемы данных и где это невозможно сделать с использованием традиционных методов измерения или контактного щупа.

Процесс 3D-сканирования:

Сбор данных с помощью 3D-лазерного сканирования
Процесс 3D-лазерного сканирования Объект, подлежащий лазерному сканированию, помещается на платформу дигитайзера. Специализированное программное обеспечение управляет лазерным зондом над поверхностью объекта. Лазерный зонд проецирует линию лазерного луча на поверхность, в то время как 2 сенсорные камеры непрерывно регистрируют изменение расстояния и формы лазерной линии в трех измерениях (XYZ), когда она движется вдоль объекта.

Результирующие данные
Форма объекта проявляется в виде миллионов точек, называемых «облаком точек», на мониторе компьютера, когда лазер перемещается, захватывая всю форму поверхности объекта. Процесс очень быстрый, собирая до 750 000 точек в секунду и очень точный (до ± 0,0005 дюйма).

Выбор модели зависит от приложения
После создания огромных файлов данных облака точек они регистрируются и объединяются в одно трехмерное представление объекта, а затем подвергаются постобработке с помощью различных программных пакетов, подходящих для конкретного приложения.

Данные облака точек для проверки
Если данные должны использоваться для проверки, отсканированный объект можно сравнить с номинальными данными САПР дизайнера. Результат этого процесса сравнения предоставляется в виде «отчета об отклонении цветовой карты» в формате PDF, который графически описывает различия между данными сканирования и данными САПР.

CAD-модель для обратного проектирования
Лазерное сканирование — это самый быстрый, точный и автоматизированный способ получения трехмерных цифровых данных для обратного проектирования. Опять же, используя специализированное программное обеспечение, данные облака точек используются для создания 3D-модели CAD геометрии детали. Модель САПР позволяет точно воспроизвести отсканированный объект, или объект можно изменить в модели САПР, чтобы исправить недостатки. Laser Design может предоставить модель поверхности или более сложную твердотельную модель, в зависимости от того, какие результаты необходимы для приложения.

 

Есть дополнительные вопросы? Ознакомьтесь с нашим Глоссарием, подпишитесь на нашу электронную рассылку, посмотрите видео о 3D-лазерном сканировании или задайте свой вопрос!

Типы технологий 3D-сканирования и 3D-сканеры

Лазерное 3D-сканирование — это способ запечатлеть точный размер и форму физического объекта в компьютерном мире в виде цифрового трехмерного представления. Этот метод фиксирует такую ​​информацию, как сложная геометрия, интригующая форма, раскрашенная текстура и другие детали сканируемого 3D-объекта.

3D-сканер собирает информацию о сканируемом объекте, а также об окружающей среде (например, комнате), в которой находится объект. Если человек сидит рядом с объектом, который также можно отсканировать в 3D.

3D-сканеры создают цифровую копию реального объекта. Затем эту цифровую копию или 3D-файл можно отредактировать и распечатать на 3D-принтере в соответствии с требованиями пользователя. Кроме того, 3D-файл можно использовать для дальнейших процессов 3D-моделирования. Как правило, в 21 веке инженеры используют эту технологию для обратного проектирования процессов. Файлы 3D-сканера, как правило, совместимы с программным обеспечением САПР и программным обеспечением для 3D-печати.

Одного сканирования недостаточно для воссоздания полной модели сканируемого объекта. Обычно требуются сотни сканирований, чтобы зафиксировать всю информацию с разных сторон и ракурсов. Все эти сканы должны быть интегрированы через общую справочную систему, известную как выравнивание/регистрация. Наконец, отдельные сканы объединяются для воссоздания окончательной модели. Весь этот процесс объединения отдельных сканов и их слияния известен как конвейер 3D-сканирования.

Технология трехмерного лазерного сканирования в основном подразделяется на следующие методы:

Время полета, триангуляция, фазовый сдвиг, стерео.

 

Различные типы методов 3D-сканирования и принципы, на которых они основаны, следующие:

1.        Технология лазерного триангуляционного 3D-сканирования.

2.       Технология 3D-сканирования структурированного света.

3.       Фотограмметрия.

4.       Технология контактного 3D-сканирования.

5.       Технология лазерного импульсного 3D-сканирования.

1. Лазерные 3D-сканеры

Лазерные 3D-сканеры используют процесс, называемый тригонометрической триангуляцией, для точного захвата трехмерной формы в виде миллионов точек. Лазерные сканеры работают, проецируя лазерную линию или несколько линий на объект, а затем фиксируя его отражение с помощью одного или нескольких датчиков.

Датчики расположены на известном расстоянии от источника лазера. Затем можно выполнить точные точечные измерения, рассчитав угол отражения лазерного луча. Лазерные сканеры очень популярны и бывают разных конструкций.

К ним относятся портативные переносные устройства, устройства слежения на манипуляторе, на базе КИМ, устройства слежения дальнего действия и одноточечные устройства слежения дальнего действия.

Преимущества лазерных 3D-сканеров

1.    Сканирование жестких поверхностей, таких как блестящие или темные поверхности

2.    Меньшая чувствительность: к изменяющимся условиям освещения и окружающему освещению

3.    Портативный

4.    Простая конструкция, удобство использования и низкая стоимость.

 

2.   3D-сканеры с проекционным или структурированным светом

Исторически известные как 3D-сканеры с «белым светом», в настоящее время 3D-сканеры со структурированным светом используют синий или белый светодиодный проекционный свет.

Эти 3D-сканеры проецируют световой узор, состоящий из полос, блоков или других форм, на объект.

3D-сканер имеет один или несколько датчиков, которые смотрят на края этих узоров или структурных форм, чтобы определить трехмерную форму объекта.

При использовании того же метода тригонометрической триангуляции, что и в лазерных сканерах, известно расстояние от датчиков до источника света. Сканеры со структурированным светом можно устанавливать на штатив или носить в руках.

Преимущества 3D-сканеров со структурированным светом

1.    Очень быстрое сканирование — всего 2 секунды на сканирование

2.    Большая область сканирования — до 48 дюймов за одно сканирование

3.    Высокое разрешение — максимально высокое как 16 миллионов точек на сканирование и расстояние между точками 16 микрон (0,00062 дюйма)

4.    Очень высокая точность – до 10 микрон (0,00039 дюйма)

5.    Универсальность – несколько объективов для сканирования мелких и крупных деталей в одной системе

6.    Портативность – портативные системы очень портативны

7 .    Безопасно для глаз при 3D-сканировании людей и животных

8.    Различные ценовые категории от дешевых до дорогих в зависимости от разрешения и точности

 

3.   3D-сканеры среднего и дальнего радиуса действия

Появляются 3D-сканеры дальнего радиуса действия в двух основных форматах — на основе импульсов и фазовом сдвиге — оба из которых хорошо подходят для больших объектов, таких как здания, конструкции, самолеты и военные машины. 3D-сканеры с фазовым сдвигом также хорошо подходят для сканирования на средних расстояниях, таких как автомобили, большие насосы и промышленное оборудование. Эти сканеры захватывают миллионы точек, вращаясь на 360 градусов, при этом вращая зеркало, которое перенаправляет лазер наружу, на объект или области для 3D-сканирования.

 

Лазерные импульсные 3D-сканеры

Лазерные импульсные сканеры, также известные как времяпролетные сканеры, основаны на очень простой концепции: скорость света известна очень точно. Таким образом, если известна продолжительность времени, за которое лазер достигает объекта и отражается от датчика, известно и расстояние от датчика до объекта. В этих системах используется схема с точностью до пикосекунд для измерения времени, которое требуется миллионам импульсов лазера, чтобы вернуться к датчику и вычислить расстояние. Вращая лазер и датчик (обычно через зеркало), сканер может сканировать на 360 градусов вокруг себя.

 

Лазерные 3D-сканеры с фазовым сдвигом

Лазерные фазовращательные системы представляют собой еще один тип технологии времяпролетных 3D-сканеров, концептуально работающий аналогично импульсным системам. В дополнение к пульсации лазера, эти системы также модулируют мощность лазерного луча, а сканер сравнивает фазу лазера, отправленного и возвращенного к датчику. Измерения фазового сдвига обычно более точны и тише, но не так гибки для сканирования на большие расстояния, как импульсные 3D-сканеры. Лазерные импульсные 3D-сканеры могут сканировать объекты на расстоянии до 1000 м, в то время как сканеры с фазовым сдвигом лучше подходят для сканирования объектов на расстоянии до 300 м и менее.

Преимущества 3D-сканеры большой дальности действия

1.    3D-сканирование миллионов точек за одно сканирование – до 1 миллиона точек в секунду

2.    Большая площадь сканирования более 1000 кв. метров

3.    Хорошая точность и разрешение в зависимости от размера объекта

4.    Бесконтактный для безопасного сканирования всех типов объектов

5.    Портативный

 

4.   Фотограмметрия

Эта технология достаточно проста. Он включает в себя сшивание фотографий объекта, сделанных с разных ракурсов. Фотографии делаются с помощью камеры или даже вашего смартфона с определенными настройками камеры, а сшивка этих фотографий выполняется специальным программным обеспечением. Программное обеспечение идентифицирует пиксели, соответствующие одной и той же физической точке, и соответствующим образом объединяет изображения.

Такие параметры, как фокусное расстояние объектива и его дисторсия, должны быть введены пользователем в программу для создания точной модели. Фотограмметрия настолько проста, что вы можете прямо сейчас взять телефон и начать фотографировать.

Большим преимуществом использования фотограмметрии является уровень точности и скорость получения данных об объекте. Недостатком этого метода является время, необходимое для обработки данных изображения через программное обеспечение, и чувствительность конечного результата к разрешению фотографий. Вам нужна хорошая камера с высоким разрешением и DPI, чтобы получить хороший конечный результат.

Мы можем имитировать эти фотографии с помощью многих программ, таких как Reality Capture, Blender, Mushroom, 3DF Zephyr, Agisoft Metashape и т. д.

 

5.   Контактное сканирование поверхность сканируемого объекта. Во-первых, объект надежно удерживается на месте, чтобы он не двигался. Затем сенсорный датчик перемещается по всему объекту, чтобы собрать детали объекта и всю трехмерную информацию, необходимую для создания цифрового файла.

Необходимо взять достаточное количество точек на поверхности для создания точной модели. Иногда шарнирный рычаг используется для управления контактным датчиком и захвата нескольких углов/конфигураций с высокой точностью.

Поскольку контактное сканирование предполагает реальный физический контакт с поверхностью сканируемого объекта, с помощью этого метода можно точно сканировать даже прозрачные и отражающие поверхности. В этом заключается основное преимущество этой техники по сравнению с другими технологиями сканирования, которые, как указывалось выше, не способны сканировать такие поверхности.