三维扫描技术

随着信息和通信技术的发展，人们在生活和工作中接触到越来越多的图形图像。获取图像的方法包括使用各种摄像机、照相机、扫描仪等，利用这些手段通常只能得到物体的平面图像，即物体的二维信息。在许多领域，如机器视觉、面形检测、实物仿形、自动加工、产品质量控制、生物医学等，物体的三维信息是必不可少的。因此，如何获取物体的三维信息，即三维物体面形轮廓测量得以发展。随着计算机技术、光电子技术的迅速发展，新的光学三维扫描技术和计量方法也不断涌现。
      常用的三维扫描技术根据传感方式的不同，分为接触式和非接触式两种。接触式的采用探测头直接接触物体表面，通过探测头反馈回来的光电信号转换为数字面形信息，从而实现对物体面形的扫描和测量，包括三坐标测量机法和电磁数字法。 三坐标测量法是现在最通用的测量方式之一。
      接触式测量具有较高的准确性和可靠性；配合测量软件，可快速准确地测量出物体的基本几何形状，如面，圆，圆柱，圆锥，圆球等。其缺点是：测量费用较高；探头易磨损。测量速度慢；检测一些内部元件有先天的限制，故欲求得物体真实外形则需要对探头半径进行补偿，因此可能会导致修正误差的问题；接触探头在测量时，接触探头的力将使探头尖端部分与被测件之间发生局部变形而影响测量值的实际读数；由于探头触发机构的惯性及时间延迟而使探头产生超越现象，趋近速度会产生动态误差。
      随着计算机机器视觉这一新兴学科的兴起和发展，用非接触的光电方法对曲面的三维形貌进行快速测量已成为大趋势。这种非接触式测量不仅避免了接触测量中需要对测头半径加以补偿所带来的麻烦，而且可以实现对各类表面进行高速三维扫描。
      目前，非接触式三维测量方法很多，常用的有：激光扫描测量、结构光扫描测量和工业CT等。大体上可以分为以下两大类，一类是二维分析法，包括遮挡阴影法、莫尔条纹法、聚焦法，光度法等；另一类是三维模型法，包括飞行时间距离探测法、被动三角法和主动三角法。
下面介绍几种常用的基于三角测量法的三维扫描技术：
     点激光测量技术：  通过激光发射单点到物体表面，采用传感器在另外一侧观测，通过每一次的测量点反映物体的三维信息。其特点是精度较高，但测量速度慢，用于检测相比三坐标系统要快。
      线激光扫描技术： 通过激光发射一条光线（称为光刀）到物体表面，采用传感器在另外一侧观测变形的光刀，通过解调光刀变形还原物体的三维信息。相比点激光扫描技术，其扫描速度大大的提高了，但也要附加运动系统才能得到完整的三维物体面形表示。该测量方法同样具有精度较高的特征，代表系统有三维激光扫描仪，手持式扫描仪等。
      面扫描技术： 该类技术发展成熟的主要是结构光扫描，采用发射系统发射面光（面激光或者条纹），采用传感器在另外一侧观测变形条纹，结合相位技术及计算机视觉技术解调变形条纹并还原物体的三维信息。该种技术近来得到极大的发展，能够迅速的获取物体表面的面形信息，同时具有很高的测量精度，对测量环境低，应用于三维扫描具有很大的优势，代表系统有照相式三维扫描仪。
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