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結(jié)構(gòu)光三維掃描儀常用光源模式怎么選?結(jié)構(gòu)光三維掃描技術(shù)工作原理及光源模式

先臨課堂

2025.05.14

引言

      “三維掃描”作為一種前沿的尺寸測量和數(shù)字建模技術(shù),憑借其非接觸、高精度、高效率、適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn),逐步從專用走向通用,應(yīng)用范圍也從工業(yè)擴(kuò)展到了藝術(shù)文博、齒科醫(yī)療、虛擬展示、教育科研等多個領(lǐng)域。


      當(dāng)前,市面上三維掃描儀的種類、型號繁多,很多新手用戶對其性能了解尚不充分,不知如何做出“最適合”的選擇。


      為此,先臨三維特推出“小精鷹微課堂”技術(shù)科普專欄,內(nèi)容覆蓋從工作原理講解、產(chǎn)品選型介紹行業(yè)應(yīng)用分享,旨在幫助用戶找到最優(yōu)的3D數(shù)字化及全尺寸3D數(shù)據(jù)測量解決方案。


01 三維測量技術(shù)
定義與分類

      三維掃描是一種集光、機(jī)、電和算法技術(shù)于一體的三維立體視覺光學(xué)測量技術(shù),主要用于對物體空間結(jié)構(gòu)、外觀尺寸和色彩紋理進(jìn)行數(shù)據(jù)獲取,獲得物體表面的空間坐標(biāo)集(點(diǎn)云信息)、色彩信息等。它能將現(xiàn)實環(huán)境里的實物立體信息轉(zhuǎn)換為計算機(jī)能直接處理的數(shù)字3D模型,為實物數(shù)字化提供了一種便捷高效的技術(shù)手段。

三維測量技術(shù)

      根據(jù)三維數(shù)據(jù)測量采用的原理或媒介的不同,三維測量技術(shù)主要分為接觸式和非接觸式兩大類。

三維測量技術(shù)分類

      接觸式三維測量產(chǎn)品在測量過程中需要物理接觸到被測物體。典型的設(shè)備是三坐標(biāo)測量機(jī),通常用于尺寸檢測領(lǐng)域,特別是在需要極高精度的應(yīng)用場景。但局限也比較明顯,如多位置尺寸測量時效率低下、對容易產(chǎn)生形變的物體無法準(zhǔn)確測量,大型零件移動不便導(dǎo)致測量困難,耗時耗力。


      非接觸式三維掃描儀不需要直接接觸物體即可進(jìn)行測量。結(jié)構(gòu)光三維測量技術(shù)是目前制造業(yè)中應(yīng)用比較廣泛的一種非接觸式主動測量方法,其特點(diǎn)是能夠?qū)Ω黝惔蟆⒅?、小型?fù)雜結(jié)構(gòu)對象進(jìn)行高質(zhì)量三維模型快速獲取,從而實現(xiàn)高精度、高效率的全尺寸三維測量。


02 結(jié)構(gòu)光三維掃描技術(shù)
工作原理及光源模式

      結(jié)構(gòu)光三維掃描技術(shù)是基于光學(xué)三角測量原理,由光學(xué)投影器、相機(jī)、計算系統(tǒng)所組成,其工作原理為通過特定光源,將包含有一定結(jié)構(gòu)化信息的光學(xué)圖案投射到被測物體表面,再通過采集物體表面變形的光學(xué)圖案,采用三角測量法,獲得物體表面的空間三維信息,最終獲得待測物體表面的點(diǎn)云數(shù)據(jù)。

結(jié)構(gòu)光三維掃描技術(shù)工作原理

結(jié)構(gòu)光三維掃描技術(shù)工作原理

      根據(jù)光學(xué)投射器所投射的光源圖案和光源類型的不同,結(jié)構(gòu)光三維測量的光源模式又分為多線激光、LED結(jié)構(gòu)光(光柵條紋/散斑)、紅外VCSEL等。


01
多線激光掃描


多線激光掃描

技術(shù)優(yōu)勢:


      計量級精度,滿足制造業(yè)3D測量要求。(例:FreeScan手持激光系列三維掃描儀,精度高達(dá)0.02mm,且重復(fù)精度穩(wěn)定。)


      掃描效率高,結(jié)合大幅面掃描與先進(jìn)算法,掃描體驗更加流暢高效。(例:FreeScan UE Pro2無線高速激光手持三維掃描儀,掃描速度達(dá)576萬點(diǎn)/秒,配合600mm × 550mm的大幅面,打造快速流暢3D掃描體驗


      抗干擾能力強(qiáng),材質(zhì)適應(yīng)性強(qiáng),無懼黑色、高反光表面材質(zhì)掃描。


      環(huán)境光適應(yīng)能力強(qiáng),可在戶外進(jìn)行掃描。


      便攜輕巧,手持式激光設(shè)備“移動測量”無負(fù)擔(dān)。


技術(shù)劣勢:


      通常情況下,普通激光三維掃描儀需要在物體或輔具上粘貼標(biāo)志點(diǎn)。結(jié)合光學(xué)跟蹤儀先臨原創(chuàng)智能自定位技術(shù)時,可實現(xiàn)不貼點(diǎn)掃描。

例:


      ①先臨天遠(yuǎn)FreeScan Trak Pro系列大范圍跟蹤式激光三維掃描系統(tǒng),適用于更大視場范圍場景應(yīng)用,支持轉(zhuǎn)站/聯(lián)動方式拓展測量范圍。通過光學(xué)跟蹤儀,實時跟蹤定位激光掃描頭的空間位置,在無需貼點(diǎn)的情況下,即可獲取大中型樣件完整準(zhǔn)確的三維數(shù)據(jù),超大跟蹤視場范圍,減少轉(zhuǎn)站次數(shù)。

      ②先臨天遠(yuǎn)FreeScan Trio三目手持激光三維掃描儀,采用先臨原創(chuàng)智能自定位技術(shù),無需借助外部定位裝置,實現(xiàn)不貼點(diǎn)的激光手持三維掃描。高效模式下,通過98線密集激光陣列配合三目視角,省去粘貼和去除標(biāo)志點(diǎn)的冗長輔助工作,在室外等復(fù)雜工作環(huán)境下,無需架設(shè)光學(xué)跟蹤儀,即可實現(xiàn)不貼點(diǎn)掃描,大幅提升工作效率。


適用場景:


      無法拆卸、移動的中、大型物體,例如:大型鑄造件、油泥模型、車外平面、汽車彎管、飛機(jī)發(fā)動機(jī)管路、模具、傳動軸、大型葉片、水泵導(dǎo)流體等。


      無法接觸、易損壞的物體,例如:浮雕壁畫、館藏瓷器、雕塑及古石碑、古生物化石、古跡建筑等歷史文物。


      結(jié)構(gòu)復(fù)雜或多曲面物體。


      無需使用顯影劑(噴粉),輕松掃描黑色、高反光樣件。


代表設(shè)備:


      先臨天遠(yuǎn)FreeScan系列手持式激光三維掃描儀


02
LED結(jié)構(gòu)光(光柵條紋/散斑)


LED結(jié)構(gòu)光掃描原理


① 光柵式三維掃描

光柵式三維掃描


光柵式三維掃描

技術(shù)優(yōu)勢:


      計量級高精度,數(shù)據(jù)尺寸誤差低。例:OptimScan系列計量級高精度藍(lán)光三維掃描儀,掃描精度高達(dá)5μm,實現(xiàn)計量級檢測需求。


       掃描效率高,搭配全自動掃描轉(zhuǎn)臺,無需手動干預(yù),單次采集即可獲得數(shù)百萬個點(diǎn)云數(shù)據(jù),實現(xiàn)中小尺寸物體高品質(zhì)三維數(shù)據(jù)的高效獲取。例:使用OptimScan 系列高精度藍(lán)光三維掃描儀,1分鐘內(nèi)即可獲取一個直徑8厘米左右的管道泵鋁葉輪完整三維數(shù)據(jù)。


      細(xì)膩豐富的數(shù)據(jù)細(xì)節(jié),搭載高分辨率工業(yè)鏡頭,可高度還原實物表面立體信息。


      出色的色彩還原能力,搭載彩色專業(yè)相機(jī),掃描過程中,可同步獲取物體色彩信息,使數(shù)據(jù)更逼真。例:Transcan C可變分辨率彩色3D掃描儀,搭載兩個彩色專業(yè)相機(jī),可以輸出高達(dá)1200萬像素的紋理貼圖,高度還原物體色彩信息。


      藍(lán)光抗干擾性強(qiáng),可有效避免外部環(huán)境影響,保證數(shù)據(jù)質(zhì)量和精度穩(wěn)定性。


      兼容多種拼接模式,針對特征豐富的物體,可使用特征拼接,無需粘貼標(biāo)志點(diǎn),節(jié)省操作及后續(xù)數(shù)據(jù)處理時間。


技術(shù)劣勢:


      通常情況下,大部分LED結(jié)構(gòu)光三維掃描儀在面對一些復(fù)雜材質(zhì),如機(jī)加工高反光表面、透明、黑深色物體時,需要顯影劑輔助(噴粉)。


適用場景:


      對于精度和細(xì)節(jié)要求高的中、小型精密零部件全尺寸檢測,例如:精密壓鑄件、鍛造件、塑膠件、五金、精密模具、細(xì)小結(jié)構(gòu)部件等。


      高水平生產(chǎn)線,精度要求在0.005-0.015mm 。


      產(chǎn)品設(shè)計、數(shù)據(jù)存檔、數(shù)字化展示等應(yīng)用場景。


代表設(shè)備:


      先臨天遠(yuǎn)OptimScan系列高精度藍(lán)光三維掃描儀


      Transcan C可變分辨率彩色3D掃描儀


② 散斑式手持三維掃描

散斑式手持三維掃描

技術(shù)優(yōu)勢:


      流暢的數(shù)據(jù)掃描體驗,配合先進(jìn)的算法及穩(wěn)定的視覺采集器件,可實現(xiàn)手持式便攜高效的三維數(shù)據(jù)采集,數(shù)據(jù)傳輸不卡頓。例:EinScan Pro 2X Plus V2多功能手持3D掃描儀,手持快速模式下,數(shù)據(jù)采集幀率可達(dá)到30fps;采用USB 3.0相機(jī)接口,實現(xiàn)更高速、穩(wěn)定的數(shù)據(jù)采集和傳輸。


      出色的色彩還原能力,搭載彩色專業(yè)相機(jī),可直接獲取物體表面色彩紋理信息,真實還原實物視覺外觀。


      兼容多種拼接模式,滿足不同尺寸實物的3D建模需求,特征或紋理豐富的物體,可不貼點(diǎn)采集物體數(shù)據(jù)。


技術(shù)劣勢:


      通常情況下,大部分LED結(jié)構(gòu)光三維掃描儀在面對一些復(fù)雜材質(zhì),如機(jī)加工高反光表面、透明、黑深色物體時,需要顯影劑輔助(噴粉)。


      容易受環(huán)境光干擾,戶外掃描需遮陽,更適合在室內(nèi)辦公環(huán)境,或室外無陽光直射環(huán)境下使用。


適用場景:


      藝術(shù)文博、精準(zhǔn)醫(yī)療、教育科研、虛擬展示等3D設(shè)計領(lǐng)域。


代表設(shè)備:


      EinScan Pro 2X V2系列多功能手持3D掃描儀


      EinScan H系列雙光源彩色手持3D掃描儀

03
紅外光源手持三維掃描


      紅外VCSEL激光是一種不可見光源,通過高品質(zhì)VCSEL紅外激光投射器向被掃描物體投射具有一定結(jié)構(gòu)特征的光線(不會被肉眼所見),使用專門的紅外攝像頭進(jìn)行采集獲取物體的三維空間信息,最后通過軟件對信息進(jìn)行深入處理成像,重建出三維點(diǎn)云模型。

紅外光源手持三維掃描

技術(shù)優(yōu)勢:


      ”無光感“掃描,人眼刺激小,提升人體掃描舒適感。


      解決頭發(fā)掃描難題,紅外光源波長較長,可高效獲取頭發(fā)及絨毛狀物體的三維數(shù)據(jù)。


      場景和材質(zhì)兼容性強(qiáng),搭配超大掃描幅面,可滿足多尺寸、多材質(zhì)、多場景的掃描需求。


      出色的彩色獲取能力,搭配先進(jìn)的紋理映射算法,物體全彩信息輕松重現(xiàn)。


      環(huán)境光適應(yīng)能力強(qiáng),室內(nèi)照明、室外陽光直射條件下,都可以進(jìn)行直接采集數(shù)據(jù)。


技術(shù)劣勢:


      紅外光源噪聲大,原始數(shù)據(jù)質(zhì)量在細(xì)節(jié)和精度上較弱于激光和LED結(jié)構(gòu)光,需要配合先進(jìn)的掃描軟件算法,才能實現(xiàn)較好的數(shù)據(jù)效果。


適用場景:


      適用于快速獲取人體、藝術(shù)品及家具等中大型物品的三維數(shù)據(jù)。


代表設(shè)備:


      EinScan H系列雙光源彩色手持3D掃描儀


      Einstar手持3D掃描儀



03 技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用
多光源多模式混合應(yīng)用

      先臨三維基于多年高精度三維視覺軟、硬件的研發(fā)和應(yīng)用經(jīng)驗,創(chuàng)新性地將多種光源集于一款三維掃描設(shè)備,采用不同光源模式的搭配,如激光+紅外VCSEL光源,LED+激光,LED+紅外VCSEL光源,實現(xiàn)一機(jī)多能。

      用戶可根據(jù)不同的應(yīng)用場景,靈活選用相應(yīng)掃描光源,采用最符合應(yīng)用場景的掃描方式獲取物體的3D數(shù)據(jù)。

多光源多模式混合應(yīng)用


代表設(shè)備:


      FreeScan Combo計量級雙光源手持三維掃描儀


      EinScan HX雙藍(lán)光手持3D掃描儀


      EinScan H系列雙光源彩色手持3D掃描儀


      以上光源模式,涵蓋了目前市場上大部分的三維掃描儀類型,不同技術(shù)路線的產(chǎn)品,有各自的優(yōu)劣勢,用戶可根據(jù)不同的應(yīng)用場景需求進(jìn)行選擇。

END

      隨著科技的持續(xù)創(chuàng)新、工業(yè)4.0的深入推進(jìn)以及數(shù)字化轉(zhuǎn)型在各領(lǐng)域的普及,3D掃描技術(shù)已成為提升生產(chǎn)效率、實現(xiàn)精細(xì)化制造、確保產(chǎn)品質(zhì)量以及個性化定制的重要工具。

      多年來,為滿足多行業(yè)用戶的需求,先臨三維持續(xù)深入挖掘高精度3D視覺測量技術(shù)的應(yīng)用價值。

先臨三維高精度三維掃描儀

      先臨三維高精度3D掃描產(chǎn)品形態(tài)專業(yè)細(xì)分,擁有包括手持式激光三維掃描儀、跟蹤式三維掃描儀、固定式藍(lán)光三維掃描儀、多功能手持3D掃描儀、雙光源手持3D掃描儀等多種高精度光學(xué)全尺寸三維測量設(shè)備,為汽車工業(yè)、航空航天、能源重工、工程機(jī)械、電子電器、藝術(shù)文博、精準(zhǔn)醫(yī)療、教育科研等行業(yè)用戶提供可適用不同尺寸、不同場景的技術(shù)方案,幫助企業(yè)在產(chǎn)品尺寸質(zhì)量控制、工藝優(yōu)化、新品研發(fā)等方面提質(zhì)增效。