Ручные 3D-сканеры обычно относятся к одной из трех категорий: лазерные, структурированные световые или инфракрасные. Но каковы основные различия между этими технологиями?
Введение
Ручные 3D-сканеры подходят для решения широкого круга задач. Благодаря своей портативности и универсальности эти компактные устройства могут использоваться для сканирования самых разнообразных объектов, таких как транспортные средства, археологические объекты на открытом воздухе и даже людей.
Поскольку ручные сканеры имеют столь широкие возможности применения, рынок устройств для 3D-сканирования и метрологии сегодня изобилует различными вариантами для покупателей. Модели варьируются от начального уровня до профессиональных, и покупатели часто могут найти сканеры с функциями, соответствующими их сфере деятельности. При этом портативность не означает компромисса в качестве: многие портативные сканеры превосходят по качеству статические или настольные аналоги.
Однако важно отметить, что не все ручные 3D-сканеры работают одинаково. Более того, технология источника света в разных моделях сканеров может быть совершенно разной. Некоторые сканеры используют лазерные линии для захвата 3D-данных, другие - проекции структурированного света, а небольшое количество продуктов применяют невидимый инфракрасный свет для решения специфических задач сканирования.
В данной статье рассматриваются различия между тремя основными типами технологий активного бесконтактного сканирования для ручных 3D-сканеров, обсуждаются наиболее существенные преимущества, недостатки и области применения каждой из них.
Ручные лазерные 3D-сканеры
Примерами являются: FreeScan UE, FreeScan UE Pro
Лазерное 3D-сканирование использует метод триангуляции. Такие сканеры светят на сканируемый объект лазерным излучением (обычно красным или синим), создавая лазерную точку на поверхности объекта, а камера или датчик, расположенный на фиксированном расстоянии от лазерного излучателя, фиксирует местоположение лазерной точки. Камера, излучатель и лазерная точка образуют треугольник.
Лазерная точка будет появляться в разных областях поля зрения камеры в зависимости от того, насколько далеко поверхность сканируемого объекта находится от лазерного излучателя. Сканер может рассчитать это расстояние, основываясь на относительном положении и угле наклона лазерного излучателя и камеры, и после получения достаточного количества данных сканирования можно определить геометрию всей поверхности сканируемого объекта.
В ручных лазерных сканерах сканер также должен иметь возможность определять свое местоположение (поскольку он постоянно перемещается оператором). Для этого может быть использована внутренняя или внешняя система слежения.
Лазерные сканеры, такие как промышленный FreeScan UE Pro компании Shining 3D, часто предпочитают другим технологиям из-за возможности их использования в различных условиях и на объектах с различной текстурой поверхности. Это объясняется тем, что лазерные линии ярче, чем проекции структурированного света.
Преимущества:
- Лазерные линии ярче, чем структурированный свет, что делает лазерные сканеры более удобными для сканирования в ярких условиях, в том числе на открытом воздухе
- Лучше, чем структурированный свет, захватывают темные или отражающие поверхности
Недостатки:
- Как правило, не могут захватывать цвет, если только это не гибридные сканеры
- Более дорогие по сравнению с другими технологиями
Общие области применения:
- Реверсивное проектирование
- Техническое обслуживание и ремонт промышленных предприятий
- Контроль качества
- Научные исследования
- Наружное сканирование в таких областях, как архитектура, археология и естественные науки.
Ручные 3D-сканеры со структурированным светом
Примерами являются: EinScan Pro HD, EinScan Pro 2X 2020
3D-сканирование в структурированном свете работает иначе, чем лазерное сканирование. При этой технологии сканирования устройство проецирует узкие полосы света на поверхность сканируемого объекта. Эти полосы обычно представляют собой наборы параллельных линий или других узоров.
Как и в других видах сканирования, при сканировании структурированным светом используется одна или несколько камер, расположенных на небольшом расстоянии от источника света. Роль камеры заключается в том, чтобы фиксировать проецируемые световые картины при их попадании на поверхность сканируемого объекта: объектив камеры будет воспринимать наборы линий как деформированные (вытянутые, расширенные, изогнутые, расположенные ближе или дальше друг от друга и т.д.) в зависимости от формы поверхности объекта. С помощью последовательности вычислений сканер может использовать деформированные линии света для определения местоположения, размера и формы сканируемого объекта.
Источником света для сканера со структурированным светом обычно служит белый или синий светодиодный свет, поскольку этот вид света можно контролировать с высокой степенью точности. Сканеры со структурированным светом, как правило, не имеют систем слежения, а используют маркеры на сканируемом объекте, которые помогают программному обеспечению сканера распознавать места наложения различных снимков.
Ручные 3D-сканеры со структурированной подсветкой весьма универсальны, а некоторые модели, например, EinScan Pro HD компании Shining 3D, способны выполнять цветное сканирование, что открывает широкие возможности. Однако сканеры со структурированной подсветкой не рекомендуется использовать в ярком окружении, поскольку при наличии других источников света камера будет с трудом распознавать полосы света.
Преимущества:
- Съемка может быть быстрее, чем при других технологиях сканирования
- Аппаратное обеспечение дешевле, чем у других технологий
- Улавливает минимальный шум, что повышает точность сканирования
Недостатки:
- Плохое сканирование объектов в ярком окружении
- Плохое сканирование блестящих или темных поверхностей
Общие применения:
- Обратное проектирование
- Контроль качества
- Сканирование произведений искусства и скульптур
- Криминалистический анализ
- Захват для VR/игр
- Сканирование цветных объектов
Ручные инфракрасные 3D-сканеры
Примерами являются: EinScan H
Менее распространенным, но все же важным типом источника света для 3D-сканеров является инфракрасное излучение. Невидимое невооруженным глазом инфракрасное излучение - это электромагнитное излучение с длиной волны, превышающей длину волны видимого света.
Инфракрасные сканеры обычно работают аналогично сканерам со структурированным светом. Однако проецируемый свет не виден невооруженным глазом, и для фиксации инфракрасного излучения при попадании на сканируемый объект необходимо использовать камеру другого типа. Несмотря на то, что сканирование в инфракрасных лучах обычно медленнее и менее точно, чем сканирование в видимом свете, оно имеет ряд важных преимуществ перед другими технологиями.
Одним из наиболее распространенных применений инфракрасного сканирования является сканирование человеческого тела, которое часто используется в таких областях, как медицинская диагностика, захват виртуальной реальности и мода. Поскольку инфракрасный свет не виден невооруженным глазом, его можно использовать для сканирования лиц, не вызывая дискомфорта в глазах. Кроме того, он не вызывает отражений на блестящих поверхностях, что делает его пригодным для сканирования сложных текстур, например волос.
Инфракрасное 3D-сканирование более нишевое, чем лазерное сканирование и сканирование структурированным светом, и на рынке представлено меньшее количество продуктов.
Преимущества:
- Безопасность и комфорт при сканировании тела человека, так как отсутствует яркий свет, который может повредить зрение
- Отсутствие помех от отражений или других источников света
- Хорошо сканирует блестящие и темные поверхности
Недостатки:
- Меньшая точность по сравнению с другими технологиями для общего сканирования
Области применения:
- Сканирование человеческого тела
- Сканирование блестящих или темных поверхностей, например, наружных поверхностей автомобилей
Ручные гибридные 3D-сканеры
Примерами являются: EinScan H (структурированный свет + инфракрасное излучение), EinScan HX(структурированный свет + лазер)
Некоторые из наиболее мощных ручных 3D-сканеров, представленных на рынке, сочетают в одном устройстве несколько источников света. Это позволяет пользователю легко нивелировать недостатки одного типа источника света.
Примером гибридного сканера является сканер EinScan H компании Shining 3D, сочетающий в себе возможности структурированного света и инфракрасного сканирования. Гибридный сканер ориентирован на пользователей, которым необходимо сканировать как человеческие лица (в безопасном для глаз режиме инфракрасного сканирования), так и различные другие объекты (которые могут быть получены с лучшим разрешением при использовании проекции структурированного света).
Некоторые 3D-сканеры, например EinScan HX, сочетают в себе структурированный свет и лазерное сканирование. Хотя возможности лазерного сканирования не столь широки, как у независимого лазерного сканера (например, FreeScan UE), гибридная система позволяет объединить преимущества двух технологий, например, снимать цветные поверхности с помощью аппаратуры структурированного света и блестящие поверхности с помощью лазерной системы.
Одним из основных преимуществ гибридных сканеров, таких как FreeScan UE, является возможность объединения данных, полученных с помощью различных технологий сканирования, в одно облако точек путем быстрого переключения между режимами сканирования.
Преимущества:
- Сочетание преимуществ нескольких технологий
- Высокая универсальность
Недостатки:
- Кривая обучения может быть более сложной
- Может стоить дороже, чем сканеры с одним источником света
Области применения:
- Сканирование объектов с различными характеристиками и поверхностями
Основные моменты
Каждый из трех рассмотренных здесь источников сканирующего света обладает своими преимуществами, и каждый из них может обеспечить получение сканов профессионального качества.
Учитывая это, при покупке ручного 3D-сканера бывает трудно сделать выбор между различными технологиями. В целом возможности лазерных сканеров и сканеров со структурированным светом во многом совпадают. Обе технологии используют активный источник света и камеры для получения данных сканирования, и обе способны получать сканы с высоким разрешением при соответствующих условиях. В целом эти технологии имеют больше общего, чем, например, координатно-измерительные машины и фотограмметрические системы.
Тем не менее, между рассматриваемыми здесь типами сканеров существуют различия. Специалистам, планирующим использовать ручной сканер в различных условиях внутри и вне помещений, лучше отдать предпочтение лазерным сканерам, а тем, кто хочет получать детальные снимки небольших объектов в контролируемой среде, - сканерам со структурированным светом. Кроме того, эти модели, как правило, стоят дешевле лазерных сканеров. Как мы уже говорили, сканеры с инфракрасным излучением занимают меньшую долю среди портативных сканеров, но, безусловно, тоже имеют свое применение.
Пользователям, планирующим использовать 3D-сканер для решения широкого круга задач, конечно же, лучше отдать предпочтение гибридным сканерам, поскольку они обладают наиболее широким спектром возможностей за счет сочетания различных технологий.
Ну а сделать свой выбор вы можете в нашем интернет-магазине CLUB3D-CLUB. У нас вы найдете всю линейку представленных 3D-сканеров и не только.
