三维扫描仪简介
三维扫描仪原理
三维扫描仪原理
三维扫描仪是一种能够获取物体表面几何形状和外表面纹理信息的设备。
它通
过激光或光栅投影原理，利用相机或传感器来捕捉物体表面的数据，然后通过计算机处理，生成三维模型。
三维扫描仪的原理主要包括激光或光栅投影、相机或传感器捕捉、数据处理和三维模型生成等几个方面。
首先，激光或光栅投影是三维扫描仪的核心原理之一。
它利用激光或光栅投影
仪将光束投射到物体表面，形成一系列光斑或光栅。
这些光斑或光栅在物体表面形成规律的图案，通过相机或传感器捕捉下来。
其次，相机或传感器捕捉是三维扫描仪原理中的关键环节。
相机或传感器负责
捕捉物体表面上激光或光栅投影形成的图案。
通过记录这些图案的位置和形状，相机或传感器能够获取物体表面的几何形状和外表面纹理信息。
接下来是数据处理，这是三维扫描仪原理中不可或缺的一部分。
捕捉到的图案
数据需要经过计算机进行处理，去除噪音、补全缺失部分、对数据进行配准等操作，最终得到高质量的三维数据。
最后，三维模型生成是三维扫描仪原理的最终目的。
经过数据处理后，计算机
能够根据捕捉到的图案数据，生成物体的三维模型。
这个模型可以用于工程设计、数字化文物保护、医学影像等领域。
总的来说，三维扫描仪的原理是通过激光或光栅投影形成图案，相机或传感器
捕捉图案数据，经过数据处理生成三维模型。
这种技术在工业设计、数字化文物保护、医学影像等领域有着广泛的应用前景。
希望通过本文的介绍，能够让大家对三维扫描仪的原理有一个更加清晰的认识。
三维激光扫描仪原理
目标的反射特性，如表面粗糙度、颜色等，可能影响激光的反射 和接收，从而导致测量误差。
误差控制与校正
硬件优化
通过对硬件部件的优化和校准，可以降低由硬件 引起的误差。
环境稳定性
在扫描过程中保持环境条件的稳定，如温度、湿 度等，有助于减少环境因素对测量结果的影响。
数据处理算法
通过开发和应用先进的数据处理算法，可以对扫 描数据进行校正，以减小误差并提高测量精度。
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03
三维激光扫描仪工作流 程
扫描准备
确定扫描目标
01
根据项目需求，确定需要扫描的目标物体或场景，并对其进行
预处理，如清理表面污垢、移除遮挡物等。
设置扫描参数
02
根据目标物体的尺寸、材质和细节要求，设置合适的扫描参数，
如扫描范围、分辨率、点云密度等。
安置标定参照物
03
在扫描区域内安置标定参照物，用于后续的坐标系转换和设备
三维激光扫描仪原理
contents
目录
• 三维激光扫描仪概述 • 三维激光扫描仪系统组成 • 三维激光扫描仪工作流程 • 三维激光扫描仪精度与误差来源 • 三维激光扫描仪发展趋势与挑战
01
三维激光扫描仪概述
定义与特点
定义
三维激光扫描仪是一种通过激光 测距技术快速获取物体表面点云 数据的测量仪器。
坐标系转换与配准
将点云数据从设备坐标系转换到全 局坐标系，并进行多站数据的拼接 与配准，以获得完整的三维模型。
数据输出
将处理后的点云数据或三维模型导 出为通用的数据格式，如XYZ、OBJ、 STL等，以便于后续的分析和应用。
04
三维激光扫描仪分类及原理
三维激光扫描仪分类及原理三维激光扫描仪是一种可实现对物体进行非接触式三维测量的设备。
它利用激光测距原理，通过发送激光束并接收反射的激光束来测量目标物体的三维点云数据。
根据不同的工作原理和应用领域，可以将三维激光扫描仪分为以下几类。
1.结构光三维激光扫描仪结构光三维激光扫描仪是利用投射一系列具有特定空间编码的结构光条纹，通过测量物体表面上结构光的形变来实现三维测量。
具体工作原理是，通过投射特定编码的结构光，经过物体表面的反射后，利用相机来捕捉结构光图案，再通过图像处理和计算，可以重建出物体表面的三维点云数据。
结构光三维扫描技术具有测量速度快、分辨率高等优点，并广泛应用于工业测量、三维建模、虚拟现实等领域。
2.相位测量三维激光扫描仪相位测量三维激光扫描仪通过测量目标物体表面的激光束相位差，实现精确的三维测量。
具体工作原理是，激光器发射激光束，经过物体表面反射后，激光束的相位发生变化。
通过将激光束分为参考光和测试光，通过调整参考光的相位差，再通过相位差与测试光的相位差之间的比较，可以得到物体表面的相位差，从而获取物体表面的三维点云数据。
相位测量三维激光扫描仪具有测量精度高、测量范围大等优点，并广泛应用于制造业、建筑、文化遗产保护等领域。
3.时间飞行三维激光扫描仪时间飞行三维激光扫描仪是通过测量激光束从发射到接收的时间差来获得物体表面的三维信息。
具体工作原理是，激光器发射激光脉冲，经过物体表面反射后，再被接收器接收。
通过测量从发射到接收的时间差，再结合光的速度，可以计算出物体表面到激光扫描仪的距离，从而获取物体表面的三维点云数据。
时间飞行三维激光扫描仪具有测量范围大、适用于室外环境等特点，并广泛应用于土地测量、地形测量、建筑测量等领域。
4.轮廓扫描三维激光扫描仪轮廓扫描三维激光扫描仪是通过测量激光束在物体表面上的轮廓变化来实现三维测量的一种方式。
具体工作原理是，激光束在物体表面上进行扫描，通过检测激光束与物体表面的交点，从而获得物体表面的轮廓点云数据。
3D扫描仪的原理及应用
3D扫描仪的原理及应用1. 介绍3D扫描仪是一种能够获取物体表面信息并将其转化为三维模型的设备。
它通过激光、摄像头或其他传感器来捕捉物体的几何形状和纹理信息，然后将其转化为数字化的三维数据。
这种技术具有广泛的应用领域，包括工业设计、医疗、文化遗产保护等。
2. 原理3D扫描仪的工作原理主要分为三步：扫描、点云处理和三维重建。
2.1 扫描使用激光、结构光或其他传感器来扫描物体表面。
激光扫描仪利用激光束照射物体表面，并通过相机来记录激光点的位置。
结构光扫描仪则利用投射特殊光源的光斑在物体表面形成特定的纹理图案，并通过相机来记录图案的形变。
传感器等扫描设备会记录物体表面的各种信息。
2.2 点云处理将扫描得到的数据转化为点云。
点云是一种由大量离散点构成的数据结构，每个点都包含了物体表面的坐标信息。
点云处理的目标是去除噪音、滤波和对点云进行精细化处理。
2.3 三维重建将点云数据转化为三维模型。
三维重建的方法有很多种，包括基于体素的方法、基于曲面重建的方法等。
这些方法可以将点云数据转化为平滑的三维表面模型，以供后续应用使用。
3. 应用3D扫描仪具有广泛的应用领域，以下是常见的应用领域。
3.1 工业设计在工业设计中，3D扫描仪可以用来获取现有产品的几何形状和纹理信息，以便进行产品改进、模型重建和快速原型制作等工作。
它可以提高设计师的工作效率，并减少产品开发的时间和成本。
3.2 艺术品复制在艺术品复制领域，3D扫描仪可以用来获取艺术品的几何形状和纹理信息，然后通过三维打印技术来复制艺术品。
这种技术可以用来保存文化遗产，保护珍贵艺术品，并可以使更多的人享受到艺术品的乐趣。
3.3 医疗在医疗领域，3D扫描仪可以用来获取患者的身体部位的几何形状和纹理信息。
这种技术可以用于手术模拟、个性化医疗器械的设计制造以及假肢的制作等方面。
它能够提升医生的诊断和治疗效果，为患者提供更好的医疗体验。
3.4 文化遗产保护3D扫描仪可以用来对文化遗产进行数字化保护。
3D扫描仪
2功能三维扫描仪的用途是创建物体几何表面的（point cloud），这些点可用来插补成物体的表面形状，越密集的点云可以创建更精确的模型（这个过程称）。
若扫描仪能够取得表面颜色，则可进一步在重建的表面上粘贴，亦即所谓的（texture mapping）。
三维扫描仪可模拟为照相机，它们的视线范围都体现圆锥状，信息的搜集皆限定在一定的范围内。
两者不同之处在于相机所抓取的是颜色信息，而三维扫描仪测量的是距离。
由于测得的结果含有深度信息，因此常称之。
由于三维扫描仪的扫描范围有限，因此常需要变换扫描仪与物体的相对位置或将物体放置于电动转盘（turnable table）上，经过多次的扫描以拼凑物体的完整模型。
将多个片面模型集成的技术称做图像配准（image registration）或对齐（alignment），其中涉及多种三维比对（3D-matching）方法。
3发展扫描是获取3D物品可打印设计文件的三种方式之一。
除扫描之外，用户还可以下载其他人创建的文件，或使用软件从头开始设计模型。
商用的3D扫描仪已经出现，但价格高达数千美元。
此外用户也可以自己动手，利用3D成像装置，例如微软Kinect中的摄像头，自制这样的扫描仪。
4市场MakerBot尚未宣布Digitizer的价格。
Digitizer仍是原型产品，不过根据佩蒂斯的说法：“现在，所有人都可以扫描现实物品。
”这意味着Digitizer已接近面向消费者的推出，类似该公司最初的售价1800美元的Replicator3D打印机。
根据MakerBot的新闻稿，Digitizer将采用“传统的激光和摄像头，将实际物品复制成数字格式和文件”。
到目前为止，尚没有其他厂商推出具有竞争力的消费类3D扫描仪。
MakerBot网站并未提供有关Digitizer的任何参数、价格和销售信息。
该网站仅仅提供了一个注册表格，用户可以在其中留下电子邮件地址，以获得未来的最新进展。
结构光三维扫描仪简介
结构光三维扫描仪简介三维扫描仪采⽤⼀种结合结构光技术、相位测量技术、计算机视觉技术的复合三维⾮接触式测量技术，称为“结构光三维扫描仪”。
采⽤这种测量原理，使得对物体进⾏照相测量成为可能，所谓照相测量，就是类似于照相机对视野内的物体进⾏照相，不同的是照相机摄取的是物体的⼆维图象，⽽研制的测量仪获得的是物体的三维信息。
三维扫描仪简介：三维扫描仪采⽤⾮接触式光学扫描，除覆盖接触式扫描的适⽤范围之外，可以⽤于对柔软、易碎物体的扫描以及难于接触或不允许接触扫描的场合。
⾼速的扫描使得⽤户在很短时间内得到所需的数据，⼤⼤缩短了产品的开发周期，三维扫描仪⼴泛应⽤于逆向⼯程、⼈体测量、质量检测及控制、艺术品制作复原及保护等各种领域。
三维扫描仪基本原理：采⽤⼀种结合结构光技术、相位测量技术、计算机视觉技术的复合三维⾮接触式测量技术。
所以⼜称之为“三维结构光扫描仪”。
采⽤这种测量技术，使得对物体进⾏照相测量成为可能，所谓照相测量，就是类似于照相机对视野内的物体进⾏照相，不同的是照相机摄取的是物体的⼆维图像，⽽研制的测量仪获得的是物体的三维信息。
与传统的三维扫描仪不同的是，该扫描仪能同时测量⼀个⾯。
测量时光栅投影装置投影数幅特定编码的结构光到待测物体上，成⼀定夹⾓的两个摄像头同步采得相应图象，然后对图象进⾏解码和相位计算，并利⽤匹配技术、三⾓形测量原理，解算出两个摄像机公共视区内像素点的三维坐标。
三维扫描技术能实现⾮接触测量，且具有速度快、精度⾼的优点。
⽽且其测量结果能直接与多种软件接⼝，这使它在CAD、CAM、CIMS等技术应⽤⽇益普及的今天很受欢迎。
在发达国家的制造业中，三维扫描仪作为⼀种快速的⽴体测量设备，因其测量速度快、精度⾼，⾮接触，使⽤⽅便等优点⽽得到越来越多的应⽤。
三维扫描仪就是空间扫描仪，⽽我们熟悉的像复印机⼀样的扫描仪是平⾯扫描仪，或者叫⼆维扫描仪。
三维扫描仪是对⼀个空间物体的表⾯实⾏扫描，⼀般只识别记录物体表⾯的形状⽽不管其表⾯的颜⾊图案等。
简述3D扫描仪的原理及应用
简述3D扫描仪的原理及应用1. 3D扫描仪的原理3D扫描仪是一种将现实世界中的物体转化为数字模型的设备。
它使用多种不同的原理和技术来实现对物体的快速、精确的三维扫描。
1.1 结构光原理结构光原理是3D扫描仪中最常见的工作原理之一。
它通过将物体表面投影光栅或者条纹图案，并使用相机记录下物体表面的形态变化来获取三维信息。
常见的结构光3D扫描仪包括激光三角法和时间编码光栅（TOF）扫描仪。
1.2 相位测量原理相位测量原理是另一种常见的3D扫描仪原理。
该原理利用相机观察物体上的纹理或标记，并测量出物体表面的相位变化来计算出三维信息。
这种方法适用于需要高精度的测量，例如工业检测和制造领域。
1.3 光斑投影原理光斑投影原理是基于衍射效应的3D扫描仪原理。
它使用空间光调制器（SLM）或者光照片刻蚀技术将光斑投影到物体表面，并通过相机记录下物体表面的光强度变化来实现三维测量。
2. 3D扫描仪的应用2.1 工业制造在工业制造领域，3D扫描仪被广泛应用于零件检测、质量控制和逆向工程。
它可以快速、精确地获取物体的三维数据，并与计算机辅助设计（CAD）软件相结合，实现快速原型制作和零件重建。
2.2 文物保护与数字化3D扫描仪在文物保护与数字化领域也扮演着重要的角色。
通过对文物进行扫描和建模，可以实现文物的数字档案保存、修复、复制和展示。
这对于文物的保护、传承和学术研究具有重要意义。
2.3 医学领域在医学领域，3D扫描仪广泛应用于口腔正畸、整形外科和人体解剖学等方面。
通过扫描患者的体表或者器官，可以制作出精确的三维模型，为医生的诊断和手术提供重要参考依据。
2.4 艺术与创意3D扫描技术在艺术与创意领域也发挥着重要作用。
艺术家可以利用3D扫描仪捕捉真实世界中的物体，并将其转化为数字模型进行艺术创作。
这为艺术创作者带来了更多的创作可能性和灵感。
3. 总结3D扫描仪以其快速、精确的三维扫描技术，在多个领域得到了广泛应用。
它的原理主要包括结构光、相位测量和光斑投影等。
3d扫描仪
三维扫描仪(3D scanner) 是一种科学仪器，用来侦测并分析现实世界中物体或环境的形状（几何构造）与外观数据（如颜色、表面反照率等性质）。
搜集到的数据常被用来进行三维重建计算，在虚拟世界中创建实际物体的数字模型。
这些模型具有相当广泛的用途，举凡工业设计、瑕疵检测、逆向工程、机器人导引、地貌测量、医学信息、生物信息、刑事鉴定、数字文物典藏、电影制片、游戏创作素材等等都可见其应用。
三维扫描仪的制作并非仰赖单一技术，各种不同的重建技术都有其优缺点，成本与售价也有高低之分。
但并无一体通用之重建技术，仪器与方法往往受限于物体的表面特性。
目录1定义2三维扫描仪分类与功能三维扫描仪功能拍照式三维扫描仪3测量方法分类1定义三维扫描仪(3D scanner) 是一种科学仪器，用来侦测并分析现实世界中物体或环境的形状（几何构造）与外观数据（如颜色、表面反照率等性质）。
搜集到的数据常被用来进行三维重建计算，在虚拟世界中创建实际物体的数字模型。
这些模型具有相当广泛的用途，举凡工业设计、瑕疵检测、逆向工程、机器人导引、地貌测量、医学信息、生物信息、刑事鉴定、数字文物典藏、电影制片、游戏创作素材等等都可见其应用。
三维扫描仪的制作并非仰赖单一技术，各种不同的重建技术都有其优缺点，成本与售价也有高低之分。
但并无一体通用之重建技术，仪器与方法往往受限于物体的表面特性。
例如光学技术不易处理闪亮（高反照率）、镜面或半透明的表面，而激光技术不适用于脆弱或易变质的表面。
2三维扫描仪分类与功能大体分为接触式三维扫描仪和非接触式三维扫描仪。
其中非接触式三维扫描仪又分为光栅三维扫描仪（也称拍照式三维描仪）和激光扫描仪。
而光栅三维扫描又有白光扫描或蓝光扫描等，激光扫描仪又有点激光、线激光、面激光的区别。
三维扫描仪功能三维扫描仪的用途是创建物体几何表面的点云（point cloud），这些点可用来插补成物体的表面形状，越密集的点云可以创建更精确的模型（这个过程称做三维重建）。
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三维扫描仪简介
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，如何如何迅速获取物体的三维信息并将其转化为计算机（如利用CAD 软件）能直接处理的三维数字模型就显得尤为重要。
三维扫描仪正是实现这样的三维信息数字化的一种极为有效的工具。
三维立体扫描就是测量实物表面的三维坐标点集，得到的大量坐标点的集合称为点云（Point Cloud)。
在中国南方，三维扫描俗称抄数，大家都管它叫抄数机。
目前常用的三维扫描仪根据传感方式的不同，分为接触式和非接触式两种。
接触式测量仪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，主要以三坐标测量机为代表。
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。
但其最大的缺点是：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，非接触式三维扫描仪很多，根据传感方法不同，常用的有基于激光扫描测量、结构光扫描测量和工业CT与核磁共振的。
其中以综合性能较高结构光面扫描三维测量最为常用，也是目前市场上的主流产品。
采用非接触式三维扫描仪因其接触性，对物体表面不会有损伤，同时相比接触式的具有速度快，容易操作等特征，三维激光扫描仪可以达到5000－10000点/秒的速度，而光栅面扫描三维扫描仪则采用面结构光，一次可投影上百条条纹，速度更是达到几秒钟百万个测量点，应用于实时扫描，工业检测等时具有很大的优势。