Как работает лазерный 3d сканер?

Мы ежедневно с легкостью наблюдаем за работой миллионов цифровых устройств, которые облегчают как повседневную, так и профессиональную деятельность человека. И одними из них являются 3d сканеры, которые используются во многих современных сферах, начиная от бытовых дел, заканчивая крупными проектами будущего, способными в скором времени развернуться на просторах космоса. Пришло время подробней разобраться с внутренним устройством 3d сканеров и понять, как они работают.

Принцип работы лазерного 3d сканирования

Лазерный 3d сканер в процессе работы измеряет длину лазерных пучков и расстояние до объектов, с которых производится снимок. При этом направление излучений регулируется при помощи специального энкодера, который управляет зеркалами.

Чтобы задать позицию лазерного луча в двух измерениях, необходимо повернуть одно зеркало по двум осям, но во время быстрого сканирования луч отражается от двух зеркал, расположенных на ортогональной оси. При этом сами лазеры могут быть расположены в трех измерениях, а их фокусировка производится при помощи линз.

Для получения точной модели объекта необходимо провести несколько циклов сканирования, данные которых в дальнейшем объединяются во время постобработки.

Скорость работы

Одним из центральных понятий в лазерном сканировании является время возврата луча от поверхности объекта. Лазерный пучок, исходящий из сканера, попадает на поверхность объекта не сразу, то же касается его возврата обратно на устройство.

Скорость света — это известная константа, а расстояние между сканером и объектом измеряется посредством вычисления времени, которое необходимо, чтобы пучок света вернулся обратно. Именно от точности встроенного хронометра зависит точность сканировании объекта. Единственная сложность, которая возникает в процессе захвата облака точек — очень маленькие промежутки времени, необходимые для возврата пучка света на место. Расстояние высчитывается по формуле:

Триангуляция

Многие портативные сканеры используют триангуляцию, которая позволяет добиться более высокой точности. Например, в лазерных сканерах часто используются дополнительные камеры, которые отслеживают лазерные точки, попадающие на поверхность объекта. Несмотря на более точные показатели при использовании данного способа, снижается эффективная дальность самого сканера.

Создание облаков точек

Облако точек — это скопление данных, которые располагаются в Декартовой системе координат. Соответственно все точки находятся в трех измерениях, на осях X, Y и Z. Если рассматривать этот термин в контексте 3d сканирования, эти данные представляют результаты сканирования в виде неструктурированных координат. Типичными и наиболее распространенными форматами облака точек являются TXT, IGS и ASCII.

Точки, полученные в результате сканирования в дальнейшем переводятся в общую систему координат, где могут быть подкорректированы пользователем. При этом сама корректировка может производиться либо непосредственно во время процесса сканирования, либо уже после отправки данных в соответствующие программы.

В зависимости от типа данных и типа дальнейшей обработки данных, облако точек экспортируется в соответствующий файл.

3d сканеры — это уникальные устройства, которые используются действительно для широкого круга операций. Составление трехмерных карт, геодезических подсчетов и многого другого, может с их помощью производиться в несколько тысяч раз быстрей, нежели человеком.