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 machine vision and 3d visualization, where precise and adaptive 3D capture capabilities have become indispensable.
A varredura 3D serve como um método para extrair as dimensões da superfície e do físico de um objeto, representando -as posteriormente em forma digital. Esses dados são coletados na forma de nuvens de ponto, delineando a superfície externa do objeto através das coordenadas x, y e z. Uma análise de profundidade dos dados de varredura 3D permite a determinação de informações cruciais, incluindo área de superfície, volume, forma, contorno e tamanho do recurso do objeto digitalizado.
Para executar a medição 3D, uma sonda é empregada para medir a distância a cada ponto na superfície do objeto. Em teoria, essa sonda pode assumir a forma de uma sonda tátil (contato físico). No entanto, dado que inúmeras aplicações exigem medições não de contato, as tecnologias ópticas fornecem soluções viáveis, confiando apenas na luz - com base para detectar objetos de interesse.
A luz estruturada, empregada como um método óptico na varredura 3D, funciona projetando uma série de padrões de luz meticulosamente projetados no objeto sob medição em uma sequência específica. Durante esse processo, uma câmera, posicionada a uma distância conhecida do projetor, captura simultaneamente uma sequência de imagens do objeto iluminado.
A imagem capturada sofre distorção com base na forma da superfície que está sendo digitalizada em relação à superfície de referência plana utilizada para calibração. Aproveitando os princípios da triangulação geométrica, as coordenadas XYZ para cada ponto na superfície do objeto digitalizado podem ser calculadas. Os dados de nuvem de pontos resultantes são então utilizados para construir um modelo 3D detalhado da superfície do objeto digitalizado.
A varredura de luz estruturada emprega uma única fonte de luz para projetar várias linhas em um objeto, que são rastreadas simultaneamente por uma ou mais câmeras. Isso difere dos scanners a laser, que emitem laser individuais apontando em um objeto sequencialmente. Embora os fundamentos da varredura 3D de luz estruturada existam há décadas, os primeiros modelos eram frequentemente caracterizados por sua natureza rudimentar, volume, altos custos e desafios de usabilidade.
No entanto, no final dos anos 90, os avanços nas tecnologias de computador e câmeras tornaram a digitalização 3D estruturada mais prática e adequada para iniciativas de pesquisa menores, empresas comerciais e usuários casuais. A evolução dessa tecnologia não apenas aprimora a precisão da digitalização, mas também melhora o usuário - Facilidade do equipamento, desbloqueando novas possibilidades de tecnologia estruturada de varredura 3D de luz, amplamente aplicável em diversos campos.
How does structured light 3D scanning work?
A funcionalidade da varredura 3D de luz estruturada está enraizada na utilização de técnicas ópticas para projetar uma série de vigas uniformemente intensas, iluminando sequencialmente o objeto sob medição. Um único feixe se mostra insuficiente para a varredura 3D de um objeto, pois não captura a profundidade de recursos distintos. Para abordar essa limitação, a varredura de luz estruturada emprega padrões de calibração complexos contendo projeções com faixas de gradiente de luz alternadas. Esse design permite que a câmera diferencie vários valores de profundidade dentro do padrão observado, facilitando assim a criação de um modelo 3D mais preciso.
Dois métodos geram esses padrões de franjas: a interseção de duas frentes de feixe de laser ou o uso de uma única fonte de luz que passa por um modulador de luz espacial digital. Ambos os métodos produzem faixas de luz regulares e uniformemente espaçadas. Embora a maioria das varreduras de luz estruturada tradicionalmente utilize a luz branca, a adoção da luz azul está se tornando padrão devido à sua precisão superior e à sua capacidade de mitigar o impacto das reflexões e da transparência.
The generation of 3D models Através da varredura de luz estruturada, requer algoritmos sofisticados de desembrulhamento de fase, geralmente integrados às capacidades das plataformas de varredura 3D. A qualidade dos resultados é fundamental para a precisão do modelo resultante. A resolução óptica depende da largura da faixa e da qualidade óptica, restringida pelo comprimento de onda da luz. O método de fase - mudança aumenta a resolução capturando várias fotos de franjas ligeiramente deslocadas. A perfilometria do padrão de faixa óptica presente - Em termos de precisão horizontal, a interpolação garante resolução e precisão confiáveis de altura até 1/50 pixels.
Advantages and Challenges of Structured Light 3D Scanning
A varredura 3D de luz estruturada se destaca com inúmeras vantagens, posicionando -se como a tecnologia preferida para usuários em todo o mundo em vários campos. Vamos nos aprofundar nos principais pontos fortes da varredura de luz estruturada e seus impactos significativos em diversas aplicações:
Non-contact Measurement
Structured light scanning excels in capturing a wide array of objects comprehensively. In contrast to contact measurement methods like Coordinate Measuring Machines (CMM) ou fotogrametria alvo, que geralmente são impraticáveis para artefatos exclusivos, peças de museu ou coleções de valor alto - Valor, a varredura de luz estruturada facilita as medidas não de contato com a precisão do sub - milímetros. Isso reduz o risco de dano, tornando -o uma escolha valiosa em cenários sensíveis.
High-Speed Scanning
Reconhecido por sua velocidade excepcional, os scanners 3D estruturados superando a fotogrametria tradicional, as máquinas CMM ou as ferramentas de medição manual. Concluindo as tarefas em apenas uma a duas horas, esses scanners aumentam significativamente a eficiência do trabalho, especialmente em ambientes dinâmicos e de tempo -
Excellent Accuracy
A luz estruturada garante a varredura 3D de alta precisão. Indo além dos métodos de medição tradicionais, como pinças e governantes, captura todo o objeto ou cena de todos os ângulos, fornecendo dados abrangentes. Isso é particularmente crucial para medir objetos complexos, superando as limitações de apenas capturar pontos discretos e extensões lineares na superfície.
Absolute Safety
A luz estruturada tem um histórico de longa data e seguro na área da saúde. Testes extensas e aprovação médica afirmam sua segurança em vários ambientes, incluindo hospitais, escolas e empresas. Ao contrário de certos scanners a laser que apresentam riscos potenciais de danos à visão ou empregam radiação para a varredura, os scanners de luz estruturados oferecem uma alternativa inofensiva e eficaz.
No entanto, a varredura 3D estruturada encontra desafios, incluindo sensibilidade a fatores ambientais, como varredura de objetos sombreados ou áreas com várias fontes de luz. Além disso, pode enfrentar desafios com materiais transparentes ou reflexivos, potencialmente levando à perda de detalhes no modelo resultante. O enfrentamento desses desafios requer manuseio e remediação especializados para garantir resultados precisos e confiáveis de varredura.
Structured Light 3D Scanning: Versatile Applications Across Diverse Industries
Structured light 3D scanning technology’s extensive applications extend beyond traditional fields, showcasing its adaptability and versatility.
Reverse Engineering of Objects
Structured light 3D scanning plays a pivotal role in reverse engineering, transformando objetos reais - mundiais em modelos digitais. Isso é particularmente crucial para a geração de dados de design (CAD) de design de computador -
Records of Cultural and Historical Artifacts
Structured light scanning finds increasing significance in cultural relic protection e a preservação do patrimônio cultural. Através da varredura alta - precisão, detalhes intrincados de artefatos culturais podem ser gravados com precisão, apoiando os esforços de restauração, pesquisa e preservação digital.
Motion and Environment Capture for Augmented Reality Games
Game development leverages structured light 3D scanning to capture player movements and environments, enhancing the realism and immersion in augmented reality gaming experiences.
Body Measurements for Fashion Retail
Within the fashion industry, structured light scanning facilitates accurate body measurements. This aids customers in finding clothing that best suits their body shape, elevating the overall shopping experience.
Automotive Industry
No setor automotivo, a varredura 3D de luz estruturada é usada extensivamente para prototipagem, design e controle de qualidade. Os fabricantes examinam peças e montagens para garantir que atendam especificações rigorosas e se encaixem com precisão. Essa tecnologia é crucial para os componentes de engenharia reversa, especialmente quando os dados CAD originais podem não estar disponíveis ou quando são necessárias modificações para produtos de pós -venda.
À medida que a tecnologia de luz estruturada continua a evoluir, suas aplicações estão prontas para se expandir, desbloqueando possibilidades mais intrigantes e inovadoras. No futuro, espera -se que a varredura 3D estruturada de luz se torne uma ferramenta padrão em vários setores, oferecendo soluções digitais práticas para um espectro ainda mais amplo de usuários.
Structured light 3D scanning VS Laser 3D scanning
Embora a varredura 3D estruturada de luz tenha provado sua coragem em diversas aplicações, oferecendo precisão, velocidade e segurança, outra maravilha tecnológica no domínio da digitalização em 3D é a varredura a laser. A varredura 3D a laser, ou triangulação a laser, apresenta uma abordagem distinta, aproveitando o poder da tecnologia a laser para capturar o mundo físico com detalhes incomparáveis.
Ao contrário da varredura de luz estruturada, que se baseia na projeção da luz padronizada, a varredura a laser se concentra na interação de um único ponto a laser com a superfície do objeto. Este método oferece seu conjunto exclusivo de vantagens e desafios, adaptado para aplicações específicas em que precisão, resolução ou velocidade são fundamentais.
Advantages of Laser 3D Scanning
High Precision and Resolution: Laser 3D scanners are renowned for their high precision and resolution, such as Scantech KSCAN-Magic handheld 3D scanner, capable of capturing even the minutest details of an object. This makes them ideal for applications requiring meticulous detail and accuracy.
Versatility in Material Compatibility: Os scanners a laser exibem menos sensibilidade a diferentes tipos e cores de superfície em comparação com scanners de luz estruturados. Eles podem escanear eficientemente superfícies metálicas, escuras ou brilhantes, o que pode representar desafios para scanners de luz estruturados.
Robust in Various Lighting Conditions: Laser scanners are less susceptible to ambient lighting conditions, allowing for consistent performance in diverse environments, whether indoors or outdoors.
Long-Range Scanning Capability: Certain laser scanners, like TrackScan-Sharp 3D system, são projetados para varredura longa - Range, capaz de capturar com precisão grandes estruturas ou ambientes à distância. Isso é particularmente benéfico em construção, arquitetura e aplicações industriais de grande escala.
Structured Light 3D Scanning Unleashes a New Era of Digital Solutions
A tecnologia de varredura 3D de luz estruturada surge como um método rápido, amigável, amigável, preciso e altamente eficaz para capturar objetos e cenas. Suas aplicações generalizadas nos campos de patrimônio médico, de fabricação e cultural ressaltam seu papel indispensável como uma solução digital. Como um número crescente de escolas, universidades e indústrias integram a tecnologia de varredura 3D, o futuro para a varredura 3D estruturada parece promissora, promovendo avanços em diversas indústrias. Essa tecnologia está pronta para moldar a paisagem de vários setores, contribuindo para seu crescimento e inovação.
