3D掃描儀

　　北京時(shí)間2013年3月，美國(guó)3D打印機(jī)廠商MakerBotCEO布瑞·佩蒂斯(BrePettis)在SXSW互動(dòng)大會(huì)上展示了3D掃描儀的原型品。佩蒂斯表示，MakerBot正在開發(fā)一款桌面3D掃描儀，名為Digitizer，幫助用戶更方便地將現(xiàn)實(shí)世界物品轉(zhuǎn)換成為可用于3D打印的數(shù)據(jù)。

　　一、概述

　　最早出現(xiàn)的是接觸式測(cè)量方法，代表是三維坐標(biāo)測(cè)量機(jī)，雖然精度達(dá)到微米量級(jí)（0.5mm），但是由于體積巨大、造價(jià)高以及不能測(cè)量柔軟的物體等缺點(diǎn)，使其應(yīng)用領(lǐng)域受到限制。

　　于是出現(xiàn)了非接觸式測(cè)量方法，主要分兩類。

　　一類是被動(dòng)方式，就是不需要特定的光源，完全依靠物體所處的自然光條件進(jìn)行掃描，常采用雙目技術(shù)，但是精度低，只能掃描出有幾何特征的物體，不能滿足很多領(lǐng)域的要求。

　　另一類是主動(dòng)方式，就是像物體投射特定的光，其中代表技術(shù)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(huì)對(duì)生物體以及比較珍貴的物體造成傷害，所以不能應(yīng)用于某些特定領(lǐng)域。

　　新興的技術(shù)是結(jié)構(gòu)光式的掃描，結(jié)構(gòu)光也屬于主動(dòng)方式，通過投影或者光柵投射同時(shí)多條光線，就可以采取物體的一個(gè)表面，只需要幾個(gè)面的信息就可以完成掃描，最大的特點(diǎn)是掃描速度快，而且可編程實(shí)現(xiàn)。

　　還有一種是低頻脈沖波(低頻聲波)式原理，主要應(yīng)用于物位測(cè)量方面?；诙S數(shù)組波束形成器傳送低頻脈沖，介可視3D物位掃描儀接收來(lái)自筒倉(cāng)、倉(cāng)室或其他容室內(nèi)物料的回波。設(shè)備的數(shù)字信號(hào)處理器對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行取樣和分析，通過估算回波到達(dá)的時(shí)間和方向，處理器形成一個(gè)物料表面的三維圖，這個(gè)圖像通過一種專有的計(jì)算方法對(duì)信息進(jìn)行處理并生成3D圖象，可以在遠(yuǎn)端屏幕上顯示出來(lái).物位計(jì)可以據(jù)此準(zhǔn)確得出物料的體積和質(zhì)量，夠使工藝物位監(jiān)測(cè)和庫(kù)存控制達(dá)到一個(gè)新的高度。料位計(jì)精確的物料檢測(cè)能夠提高操作效率和管理能力，高成本突發(fā)狀況減少，加快收益回饋。

　　二、功能

　　三維掃描儀的用途是創(chuàng)建物體幾何表面的（pointcloud），這些點(diǎn)可用來(lái)插補(bǔ)成物體的表面形狀，越密集的點(diǎn)云可以創(chuàng)建更精確的模型（這個(gè)過程稱）。若掃描儀能夠取得表面顏色，則可進(jìn)一步在重建的表面上粘貼，亦即所謂的（texturemapping）。

　　三維掃描儀可模擬為照相機(jī)，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(jī)所抓取的是顏色信息，而三維掃描儀測(cè)量的是距離。由于測(cè)得的結(jié)果含有深度信息，因此常稱之。

　　由于三維掃描儀的掃描范圍有限，因此常需要變換掃描儀與物體的相對(duì)位置或?qū)⑽矬w放置于電動(dòng)轉(zhuǎn)盤（turnabletable）上，經(jīng)過多次的掃描以拼湊物體的完整模型。將多個(gè)片面模型集成的技術(shù)稱做圖像配準(zhǔn)（imageregistration）或?qū)R（alignment），其中涉及多種三維比對(duì)（3D-matching）方法。