Amidst the continuous emergence of innovative technologies, the demand for presenting real-world objects in 3D is on the rise, particularly in the realms of vision à la machine et visualisation 3D, où des capacités de capture 3D précises et adaptatives sont devenues indispensables.
Le balayage 3D sert de méthode pour extraire la surface et les dimensions physiques d'un objet, les représentant par la suite sous forme numérique. Ces données sont recueillies sous la forme de nuages ponctuels, délimitant la surface externe de l'objet à travers les coordonnées x, y et z. Une analyse en profondeur des données de balayage 3D permet de déterminer les informations cruciales, y compris la surface, le volume, la forme, le contour et la taille des caractéristiques de l'objet numérisé.
Pour exécuter la mesure 3D, une sonde est utilisée pour mesurer la distance à chaque point de la surface de l'objet. En théorie, cette sonde pourrait prendre la forme d'une sonde tactile (contact physique). Cependant, étant donné que de nombreuses applications nécessitent des mesures non - Contact, les technologies optiques fournissent des solutions viables en s'appuyant uniquement sur la lumière - basée pour détecter les objets d'intérêt.
Lumière structurée, utilisée comme méthode optique dans le balayage 3D, fonctionne en projetant une série de modèles de lumière méticuleusement conçus sur l'objet sous mesure dans une séquence spécifique. Au cours de ce processus, une caméra, positionnée à une distance connue du projecteur, capture simultanément une séquence d'images de l'objet illuminé.
L'image capturée subit une distorsion basée sur la forme de la surface scannée par rapport à la surface de référence plate utilisée pour l'étalonnage. Tirant parti des principes de la triangulation géométrique, les coordonnées XYZ pour chaque point de la surface de l'objet numérisé peuvent être calculées. Les données de nuages de points résultantes sont ensuite utilisées pour construire un modèle 3D détaillé de la surface de l'objet numérisé.
Le balayage de lumière structuré utilise une seule source de lumière pour projeter plusieurs lignes sur un objet, qui est suivi simultanément par une ou plusieurs caméras. Cela diffère des scanners laser, qui émettent des points laser individuels sur un objet séquentiellement. Alors que les principes fondamentaux du balayage 3D de lumière structurée existent depuis des décennies, les premiers modèles étaient souvent caractérisés par leur nature rudimentaire, leur volume, leurs coûts élevés et leurs défis d'utilisation.
Cependant, à la fin des années 1990, les progrès dans les technologies informatiques et de caméras ont rendu la numérisation 3D structurée plus pratique et adaptée aux petites initiatives de recherche, aux entreprises commerciales et aux utilisateurs occasionnels. L'évolution de cette technologie améliore non seulement la précision de la numérisation, mais améliore également la convivialité de l'utilisateur de l'équipement, débloquant ainsi de nouvelles possibilités pour la technologie de balayage 3D structurée, largement applicable dans divers domaines.
Comment fonctionne le balayage 3D de lumière structurée?
La fonctionnalité du balayage 3D de lumière structurée est enracinée dans l'utilisation de techniques optiques pour projeter une série de faisceaux uniformément intenses, illuminant séquentiellement l'objet sous mesure. Un seul faisceau s'avère insuffisant pour le balayage 3D d'un objet car il ne capture pas la profondeur des caractéristiques distinctes. Pour résoudre cette limitation, le balayage de lumière structuré utilise des modèles d'étalonnage complexes contenant des projections avec des rayures de gradient de lumière alternées. Cette conception permet à la caméra de différencier diverses valeurs de profondeur dans le modèle observé, facilitant ainsi la création d'un modèle 3D plus précis.
Deux méthodes génèrent ces motifs de franges: l'intersection de deux fronts de faisceau laser ou l'utilisation d'une seule source lumineuse passant par un modulateur de lumière spatiale numérique. Les deux méthodes produisent des stries lumineuses régulières et uniformément espacées. Bien que la plupart des scannes de lumière structurées utilisent traditionnellement la lumière blanche, l'adoption de la lumière bleue devient standard en raison de sa précision supérieure et de sa capacité à atténuer l'impact des réflexions et de la transparence.
The generation of Modèles 3D Grâce à un balayage de lumière structuré nécessite des algorithmes de déballage de phase sophistiqués, souvent intégrés dans les capacités des plates-formes de balayage 3D. La qualité des résultats est essentielle à la précision du modèle résultant. La résolution optique repose sur la largeur de la bande et la qualité optique, limitée par la longueur d'onde de la lumière. La méthode de phase - Shift améliore la résolution en capturant plusieurs plans de franges légèrement décalées. Présent - Day Optical Stripe Match Pro -Lométrie prend en charge une résolution détaillée jusqu'à la longueur d'onde de la lumière, dépassant 1 micron ou environ 1/10 de la largeur de la bande. En termes de précision horizontale, l'interpolation assure une résolution de hauteur fiable et une précision jusqu'à 1/50 pixel.
Avantages et défis du balayage 3D de lumière structurée
Le balayage 3D de lumière structurée se distingue avec de nombreux avantages, se positionnant comme la technologie préférée pour les utilisateurs du monde entier dans divers domaines. Plongeons dans les principales forces du balayage de lumière structuré et ses impacts significatifs dans diverses applications:
Mesure non - Contact
Structured light scanning excels in capturing a wide array of objects comprehensively. In contrast to contact measurement methods like Coordonner les machines de mesure (CMM) ou photogrammétrie cible, qui ne sont souvent pas pratiques pour les artefacts uniques, les pièces du musée ou les collections de valeur élevées, le balayage de lumière structuré facilite les mesures de contact avec une précision sous - millimètre. Cela réduit le risque de dommages, ce qui en fait un choix précieux dans les scénarios sensibles.
Haute - scanne de vitesse
Répuré pour sa vitesse exceptionnelle, les scanners 3D légers structurés dépassent la photogrammétrie traditionnelle, les machines CMM ou les outils de mesure manuels. En terminant des tâches en seulement une à deux heures, ces scanners améliorent considérablement l'efficacité du travail, en particulier dans les environnements dynamiques et temps -
Excellente précision
La lumière structurée garantit une numérisation 3D de précision élevée. En dépassant les méthodes de mesure traditionnelles comme les étriers et les dirigeants, il capture l'ensemble de l'objet ou de la scène sous tous les angles, fournissant des données complètes. Ceci est particulièrement crucial pour mesurer des objets complexes, dépassant les limites de la simple capture de points discrets et d'extensions linéaires à la surface.
Sécurité absolue
La lumière structurée a un bilan de longue date et sûr dans les soins de santé. Les tests approfondis et l'approbation médicale affirment sa sécurité dans divers contextes, y compris les hôpitaux, les écoles et les entreprises. Contrairement à certains scanners laser qui posent des risques potentiels de dommages à la vision ou utilisent des rayonnements pour la balayage, les scanners légers structurés offrent une alternative inoffensive et efficace.
Cependant, le balayage 3D structuré rencontre des défis, notamment la sensibilité aux facteurs environnementaux tels que la numérisation des objets ou des zones dans les sources lumineuses multiples. De plus, il peut faire face à des défis avec des matériaux transparents ou réfléchissants, ce qui entraîne potentiellement la perte de détails dans le modèle résultant. Relever ces défis nécessite une manipulation et une correction spécialisées pour garantir des résultats de scan précis et fiables.
Scanning 3D de lumière structurée: applications polyvalentes dans diverses industries
Des applications étendues de la technologie de balayage 3D structurées s'étendent au-delà des champs traditionnels, présentant son adaptabilité et sa polyvalence.
Ingénierie inverse des objets
Structured light 3D scanning plays a pivotal role in ingénierie inverse, Transformer les objets réels - mondiaux en modèles numériques. Ceci est particulièrement crucial pour la génération de données de conception (CAD) de l'ordinateur dans la fabrication, accélérant considérablement le processus de conception et de développement des produits.
Records d'artefacts culturels et historiques
Structured light scanning finds increasing significance in protection de la relique culturelle et la préservation du patrimoine culturel. Grâce à une numérisation élevée de précision, les détails complexes des artefacts culturels peuvent être enregistrés avec précision, soutenant les efforts de restauration, de recherche et de préservation numérique.
Capture de mouvement et d'environnement pour les jeux de réalité augmentée
Le développement de jeux exploite la numérisation 3D de lumière structurée pour capturer les mouvements et les environnements des joueurs, améliorant le réalisme et l'immersion dans les expériences de jeu de réalité augmentée.
Mesures du corps pour la vente au détail de mode
Within the fashion industry, structured light scanning facilitates accurate mesures corporelles. Cela aide les clients à trouver des vêtements qui conviennent le mieux à la forme de leur corps, élevant l'expérience d'achat globale.
Industrie automobile
Dans le secteur automobile, le balayage 3D lumineux structuré est largement utilisé pour le prototypage, la conception et le contrôle de la qualité. Les fabricants scannent des pièces et des assemblages pour s'assurer qu'ils respectent les spécifications strictes et s'assemblent précisément. Cette technologie est cruciale pour les composants de l'ingénierie inverse, en particulier lorsque les données CAO d'origine peuvent ne pas être disponibles, ou lorsque des modifications sont nécessaires pour les produits du marché secondaire.
Alors que la technologie de lumière structurée continue d'évoluer, ses applications sont prouvées à se développer, débloquant des possibilités plus intrigantes et innovantes. À l'avenir, la numérisation 3D de lumière structurée devrait devenir un outil standard dans diverses industries, offrant des solutions numériques pratiques à un spectre encore plus large d'utilisateurs.
Scan 3D lumineux structuré vs balayage laser 3D
Alors que le balayage 3D de lumière structurée a prouvé son courage sur diverses applications, offrant une précision, une vitesse et une sécurité, une autre merveille technologique dans le domaine de la numérisation 3D est le balayage laser. Le balayage laser 3D, ou triangulation laser, présente une approche distincte, exploitant la puissance de la technologie laser pour capturer le monde physique dans des détails inégalés.
Contrairement au balayage de lumière structuré, qui repose sur la projection de la lumière à motifs, le balayage laser se concentre sur l'interaction d'un seul point laser avec la surface de l'objet. Cette méthode offre son ensemble unique d'avantages et de défis, adaptés à des applications spécifiques où la précision, la résolution ou la vitesse sont primordiales.
Avantages du balayage laser 3D
Haute précision et résolution: Les scanners laser 3D sont réputés pour leur haute précision et leur résolution, comme Scantech KSCAN - Scanner 3D Magic Handheld, Capable de capturer même les détails les plus minuscules d'un objet. Cela les rend idéaux pour les applications nécessitant des détails et une précision méticuleux.
Polyvalence dans la compatibilité des matériaux: Les scanners laser présentent moins de sensibilité aux différents types de surface et couleurs par rapport aux scanners lumineux structurés. Ils peuvent scanner efficacement les surfaces métalliques, sombres ou brillantes, qui pourraient poser des défis pour les scanners légers structurés.
Robuste dans diverses conditions d'éclairage: Les scanners laser sont moins sensibles aux conditions d'éclairage ambiant, permettant des performances cohérentes dans divers environnements, qu'ils soient à l'intérieur ou à l'extérieur.
Capacité de numérisation longue: Certain laser scanners, like SYSTÈME 3D SHARP 3D Sharp, sont conçus pour une balayage longue - Range, capable de capturer avec précision les grandes structures ou les environnements à distance. Ceci est particulièrement bénéfique dans la construction, l'architecture et les grandes applications industrielles à l'échelle.
La numérisation 3D de lumière structurée déclenche une nouvelle ère de solutions numériques
La technologie de balayage 3D structurée apparaît comme une méthode rapide, utilisateur - conviviale, précise et très efficace pour capturer des objets et des scènes. Ses applications répandues entre les domaines médical, de fabrication et du patrimoine culturel soulignent son rôle indispensable en tant que solution numérique. En tant que nombre croissant d'écoles, d'universités et d'industries intègrent la technologie de balayage 3D, l'avenir de la numérisation 3D de lumière structurée semble prometteur, favorisant les progrès dans divers industries. Cette technologie est prête à façonner le paysage de nombreux secteurs, contribuant à leur croissance et à leur innovation.
