精度超過原物倒模 3D掃描儀技術解析

為什么3D打印那么火？因為3D技術早已有之，火是市場趨勢，工業(yè)界尋找技術發(fā)力點，3D打印恰好符合條件，桌面式個人3D打印前景廣闊，開源技術基礎又讓準入門檻大為降低。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打印技術的一個衍生設備。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掃描技術呢？3D掃描技術有哪些應用范圍和優(yōu)缺點呢？和3D打印能否有所結合呢？本文將全面系統(tǒng)的介紹，讓您更加了解3D掃描技術。

精度超過原物倒模 3D掃描儀技術解析

什么是3D掃描儀？

三維掃描儀(3D scanner) 是一種科學儀器，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。這些模型具有相當廣泛的用途，舉凡工業(yè)設計、瑕疵檢測、逆向工程、機器人導引、地貌測量、醫(yī)學資訊、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用。

3D掃描儀

三維掃描儀的制作并非仰賴單一技術，各種不同的重建技術都有其優(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，儀器與方法往往受限于物體的表面特性。例如光學技術不易處理閃亮(高反照率)、鏡面或半透明的表面，而雷射技術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)。使用選配應用軟件，通過對比這個掃描數(shù)據(jù)和三維CAD設計數(shù)據(jù)，你就可以快速獲得軟件自動導出的檢測報告，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，如座標測量機(CMM, Coordinate Measuring Machine)即典型的接觸式三維掃描儀。此方法相當精確，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)今最快的座標測量機每秒能完成數(shù)百次測量，而光學技術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，達到預期的效果。由于環(huán)境中的可見光輻射，是相當容易取得并利用的，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，所以不能應用于某些特定領域。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)、結構光源(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，購買這款設備需要392美元(約合人民幣2438元)。當然除了這臺設備外，Matterform還為此推出了配套的掃描軟件。Matterform的目標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，離此籌款項目結束還有32天，目前還需要60000美元。

　　小結：三維掃描系統(tǒng)是集光、機、電和計算機技術于一體的高新技術，是對物體空間外形和結構及色彩進行掃描，以獲得物體表面的空間坐標。它的重要意義在于能夠將實物的立體信息轉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)恢復工程、取證和事故現(xiàn)場應用等場合。與三維打印機技術相結合，可以將數(shù)據(jù)真實化，為科學研究、數(shù)據(jù)分析，以及我們的生活帶來便利。更多3D掃描儀資訊請關注納金網(wǎng)http://www.narkii.com/