三维扫描仪的种类和工作原理

   市面上的扫描仪种类有很多，其中大致分为主动式测量、被动式测量；其中点激光扫描仪，线激光扫描仪以及结构光扫描仪，其工作原理大体分为两种，三角测量原理以及基于三角测距原理为基础延伸出的主动投射固定编码结构光源并计算成像的结构光原理以及TOF飞行时间测量法。

 

一、点激光、线激光三角测量原理

    三角测量在三角学与几何学上是由测量目标点与固定基准线的已知端点的角度，测量目标的方法。

 

图一：点激光、线激光三角测量原理示意图

 

 图一的采集原理主要应用于点激光、以及线激光产品。

1.传感器类产品：SmartRay、Gocator、基恩士等；

2.七轴关节臂产品：Faro、Hexagon、康卓奈斯关节臂、尼康关节臂等；

3.手持式三维扫描仪：Creaform、思看、中观、Archer等；

 

二、结构光原理

      结构光是由一个投影仪以及CCD相机组成，用投影仪投射出固定的编码的光栅到被测物体上，CCD相机根据光栅的变化来计算出物体的空间位置（X，Y，Z）坐标，进而获取物体表面轮廓数据。

 

图二：结构光扫描仪原理示意图

 

图三：结构光成像过程

图二采集原理主要应用于结构光三维扫描仪产品。

1.传感器类：SmartRay、Gocator等；

2.拍照式产品：GOM、Faro、惠普、Breuckmann等；

3.手持式扫描仪：思看、中观、蜂鸟（编码结构光）等；

4.手机应用类：小米8（编码结构光）、苹果X（散斑结构光）；

 

图四：小米8（编码结构光）以及苹果X（散斑结构光）

 

三、激光飞行时间（TOF）原理

       TOF是飞行时间，是传感器发出类似红外线的光，遇到物体反射后，传感器通过计算机光线发射和反射的时间相位差，来换算被测物体距离，以产生深度信息，再结合传统相机获物体表面的轮廓。

 

图四：TOF激光飞行时间过程

图四采集原理主要应用于大空间三维扫描仪产品以及手机产品。

大空间扫描仪：Surphaser、Faro、Trimble、Artec；

手机类：Vivo等

 

上述三种原理涵盖了市面上大部分扫描仪器，这些扫描仪的应用给我们的生活带来了更加便捷的体验，正悄悄的改变我们每个人的生活方式。