На рынке 3D-сканеров представлены 2 основные технологии - оптическое и лазерное сканирование. Каждая из них имеет как свои достоинства, так и недостатки. В этой статье описаны различия между оптическими и лазерными 3D-сканерами, изучение которых поможет в выборе оптимального решения для 3D-сканирования.
Оптическое 3D-сканирование
Принцип действия оптического 3D-сканера заключается в съемке объекта с помощью одной или нескольких камер с разных ракурсов, обычно с использованием специальной подсветки. Проектор излучает световые узоры (паттерны), которые деформируются при отражении от объекта. Затем камера распознает 3D-геометрию с помощью алгоритмов триангуляции.
Оптические сканеры выполнены в виде ручных устройств или стационарных для установки на штатив, многие из них способны выдавать модель с цветной текстурой. Самый примитивный вариант — одна камера, а сканируемый объект располагается на контрастном фоне. Дальше необходимо передвигать камеру вокруг объекта, либо вращать сам объект, трехмерная модель формируется по набору полученных снимков.
Другой способ пассивного сканирования — стереоскопический, работает по принципу, схожему с человеческим зрением. Две камеры одновременно фотографируют объект, и по различию изображений рассчитывается расстояния до точек поверхности. По массиву полученных данных выполняется построение 3D-модели.
Стационарные оптические сканеры, как правило, поставляются вместе с поворотным столом, на котором располагают объект сканирования. Сканирование с использованием поворотного стола позволяет автоматизировать работу оборудования и сделать процесс оцифровки объекта более быстрым и удобным.
Главный недостаток при использовании оптических сканеров - это сканирование чёрных и бликующих поверхностей. При попадании излучения проектора на бликующую поверхность, в камере возникает "пересвет", их-за которого корректно отсканировать объект не получится. Чёрная же поверхность поглащает излучение проектора, отчего результат оцифровки также получается некорректным. Для сканирования вышеописанных деталей необходимо наносить матирующий спрей, например диоксид титана. Покрытие легко удаляется механически влажной тряпкой, также существуют самоипаряющиеся спреи, использование которых освобождает от необходимости очистки детали после сканирования.
Лазерное 3D-сканирование
В основе сканирования с помощью лазеров лежит метод триангуляции. Лазерные 3D-сканеры излучают лазерные лучи на объекты, Камера фиксирует лазерные точки на нем, угол смещения лазерного луча и передает данные на компьютер с соответствующим программным обеспечением, которое формирует объект в цифровом виде. В связи с нечувствительностью к помехам, лазеры могут применяются в разных условиях. Получаемые результаты зависят от типов источников лазеров: голубой лазер и красный лазер.
Разница заключается в длине волны. У красного цвета длина волны 650 нм, а у синего - 445 нм, и меньшая длина волны, соответственно, позволяет лучше подсвечивать бликующие поверхности за счет более интенсивного рассеивания света на микродефектах поверхности, пусть даже и очень гладкой. Рассеивание же на поверхности объекта сканирования требуется для того, чтобы изображение линий подсветки было видно камерам сканера, то есть чтобы в них вернулась часть излучения лазерного устройства подсветки, а не отразилась в сторону под углом, равным углу падения.
Лазерные сканеры, как правило, ручные, что делает их портативными и удобными в использовании при сканировании больших деталей. Главный недостаток - необходимость использования светоотражающих меток, которые работают как опорные точки, позволяющие сканеру ориентироваться в пространстве и фиксировать размеры и геометрию объекта.