三維掃描技術(shù)調(diào)研

三維掃描技術(shù)調(diào)研一、技術(shù)原理概述三維掃描技術(shù)是一種先進(jìn)的全自動高精度立體掃描技術(shù)，通過測量空間物體外表點的三維坐標(biāo)值，得到物體外表的點云信息，并轉(zhuǎn)化為計算機可以直接處理的三維模型，又稱為“實景復(fù)制技術(shù)”。三維掃描技術(shù)是集光、機、電和計算機技術(shù)于一體的高技術(shù)，主要用于對物體空間外形和構(gòu)造進(jìn)展掃描，以獲得物體外表的空間坐標(biāo)，用軟件來進(jìn)展三維重建計算，在虛擬世界中創(chuàng)立實際物體的數(shù)字模型。這些模型具有相當(dāng)廣泛的用途，舉凡工業(yè)設(shè)計、瑕疵檢三維掃描儀分類三維掃描儀主要分為以下幾類：三維掃描儀分類接觸式測量又稱為機械測量這是目前應(yīng)用最廣的自由曲面三維模型數(shù)字化方法之一。三坐標(biāo)測量機是接觸式三維測量儀中的典型代表， 它以周密機械為基礎(chǔ)，綜合應(yīng)用了電子技術(shù)、計算機技術(shù)、光學(xué)技術(shù)和數(shù)控技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)。依據(jù)測量傳感器的運動方式和觸發(fā)信號的產(chǎn)生方式的不同，一般將接觸式測量方法分為單點觸發(fā)式和連續(xù)掃描式兩種。接觸式三維掃描適用性強、精度高〔可達(dá)微米級別〕；不受物體光照和顏可能損傷探頭和被測物外表，也不能對軟質(zhì)的物體進(jìn)展測量，應(yīng)用范圍受到限制；受環(huán)境溫濕度影響；同時掃描速度受到機械運動的限制，測量速度慢、效率低；無法實現(xiàn)全自動測量；接觸測頭的掃描路徑不行能遍歷被測曲面的全部點，它獵取的只是關(guān)鍵特征點，因而，它的測量結(jié)果往往不能反映整個零件的外形。在行業(yè)中的應(yīng)用具有極大的限制?，F(xiàn)代計算機技術(shù)和光電技術(shù)的進(jìn)展使得基于光學(xué)原理以計算機圖像處理為主要手段的三維自由曲面非接觸式測量技術(shù)得到了快速進(jìn)展， 各種各樣的型測量方法不斷產(chǎn)生，它們具有非接觸、無損傷、高精度、高速度以及易于在計算機把握下實行自動化測量等一系列特點，已經(jīng)成為現(xiàn)代三維面形測量的重要途徑及進(jìn)展方向。三維激光掃描儀和三維照相式掃描儀占據(jù)了及其重要的位置。三維激光掃描儀三維激光掃描儀依據(jù)掃描成像方式的不同，激光掃描儀可分為一維 〔單點掃列〕掃描儀和三維〔面列〕掃描儀。而依據(jù)不同工作原理來分類，可分為脈沖測距法〔亦稱時間差測量法〕和三角測量法。脈沖測距法：激光掃描儀由激光放射體向物體在時間于物體外表可以反射激光，所以掃描儀的接收器會在時間

c,t1，t2d=〔t2-t1〕c/2。脈 沖 測 距 法 原 理 顯而易見的，脈沖測距式3D激光掃描儀，其測量精度受到掃描儀系統(tǒng)準(zhǔn)確地量測時間的限制。當(dāng)用該方式測量近距離物體的時候，由于時間太短，就會產(chǎn)生很大誤差。所以該方法比較適合測量遠(yuǎn)距離物體，如地形掃描，但是不適合于近景掃描。三角測距法：用一束激光以某一角度聚焦在被測物體外表，然后從另一角度對物體表面上的激光光斑進(jìn)展成像，物體外表激光照耀點的位置高度不同，所承受散射或反射光線的角度也不同，用CCD(圖像傳感器)光電探測器測出光斑像的位置，就可以計算出主光線的角度9CCD之間的基線長度d,經(jīng)由三角形幾何關(guān)系推求掃描L?dtan9。三角測距法原理圖手持激光掃描儀通過上述的三角形測距法建構(gòu)出3D圖形：通過手持式設(shè)備，對待測物放射出激光光點或線性激光。以兩個或兩個以上的偵測器測量待測物的外表到手持激光3D模型。三角測量法的特點：構(gòu)造簡潔、測量距離大、抗干擾、測量點小(幾十微米)、測量準(zhǔn)確度高。但是會受到學(xué)元件本身的精度、環(huán)境溫度、激光束的光強和直徑大小以及被測物體的外表特征等因素的影響。三維激光掃描儀的特點：非接觸測量，主動掃描光源；數(shù)據(jù)采樣率高；高區(qū)分率、高精度；數(shù)字化采集、兼容性好；可與外置數(shù)碼相機、GPS系統(tǒng)協(xié)作使用，極大地擴(kuò)展了三維激光掃描技術(shù)的使用范圍。、三維照相式掃描儀三維照相式掃描儀，光源主要是白光，其工作過程類似于照相過程，掃描物體的時候一次性掃描一個測量面，快速，簡潔，因此而得名。照相式三維掃描承受的是面光技術(shù)，360三維照相式掃描儀承受的是構(gòu)造光技術(shù)同樣依據(jù)三角函數(shù)原理但是并非使用激光，而是依靠向物體投射一系列光線組合，然后通過檢測光線的邊緣來測量物體與掃描儀之間的距離。構(gòu)造光技術(shù)一般承受兩個高區(qū)分率的 CCD相機和光柵投影單元組成，利用光柵投影單元將一組具有相位信息的光柵條紋投影到測量工件表面，兩個CCD相機進(jìn)展同步測量，利用立體相機測量原理，可以在極短的時間內(nèi)獲得物體置和角度的測量數(shù)據(jù)自動對齊，從而獲得完成的掃描結(jié)果，實現(xiàn)建模。三維照相式掃描儀的特點：①非接觸測量；②精度高，單面測量精度可達(dá)方能較好的掃描出來。二、應(yīng)用領(lǐng)域三維掃描技術(shù)能夠測得物體外表點的三維空間坐標(biāo)， 從這個意義上說，它實三維測量，實現(xiàn)無接觸測量，具有速度快、精度高的優(yōu)點。這些特性打算了它在很多領(lǐng)域可以發(fā)揮重1、產(chǎn)品設(shè)計三維激光掃描技術(shù)可用于各個行業(yè)的產(chǎn)品設(shè)計當(dāng)中， 包括飛機制造業(yè)、航空航天、汽車、模具制造、鑄造行業(yè)、玩具制造業(yè)、制鞋業(yè)等；特別是在汽車、飛機、玩具等領(lǐng)域，并非全部的產(chǎn)品都能由CAD設(shè)計出來，尤其是具有非標(biāo)準(zhǔn)曲面的產(chǎn)品，在某些狀況下常承受“直覺設(shè)計”，設(shè)計師直接用膠泥、石膏等做出手工模型，或者需要按工藝品的樣品加工，該模型和樣品一般具有簡潔曲面特征。承受三維掃描儀，可對這些樣品、模型CAD/CAM化和快速制造。同時，由于三維激光掃描儀承受非接觸式技術(shù)，對易碎、易變性物體，也2、工業(yè)仿制仿制是工業(yè)加工中的一項重要任務(wù)，測量其尺寸是仿制的第一步。三維掃描儀能快速測得零件外表每個點的坐標(biāo)，將數(shù)據(jù)送入CAD系統(tǒng)和數(shù)控加工設(shè)備，對三維模型進(jìn)展優(yōu)化和制造，從而實現(xiàn)快速仿制的目的。3、快速制造系統(tǒng)快速制造系統(tǒng)是目前國際上機械行業(yè)的爭論熱點之一，其中一個重要環(huán)節(jié)就是所謂的e維掃描技術(shù)爭論的內(nèi)容。CGI3D打印機相結(jié)合，4、服裝加工工業(yè)傳統(tǒng)的服裝制作加工都是依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)尺寸批量生產(chǎn)的。隨著生活水平的提高，人們開頭越來越多地追求共性化服裝設(shè)計，量體裁衣。三維掃描儀可以快速地測得人身體的全部尺寸，獲得其立體模型，把這些數(shù)據(jù)與服裝CAD技術(shù)結(jié)合，可以在計算機中的數(shù)字化人體模型上，按每個人的具體尺寸進(jìn)展服裝設(shè)計，設(shè)計出最適宜的服裝，并可以直接在計算機上觀看最終的著裝效果。5隨著計算機圖形圖像技術(shù)的飛速進(jìn)展，計算機影視絕技技術(shù)也越來越廣泛地應(yīng)用于影視、廣告業(yè)，給人們帶來了全的視覺感受，實現(xiàn)了過去無法想像的絕技效果，已經(jīng)成為高質(zhì)量影視、廣告制作中不行缺少的手段。承受三維掃描技術(shù)，能快速、便利地將演員、道具、模型等的外表空間和顏色數(shù)據(jù)掃描入計算機中，構(gòu)成與真實物體完全全都的二維彩色模型，實現(xiàn)各種高難度絕技效果。這不但大大地提高了制作水平和藝術(shù)效果，同時也節(jié)約了制作費用和制作時間。6、虛擬現(xiàn)實領(lǐng)域在仿真訓(xùn)練系統(tǒng)、靈境〔虛擬現(xiàn)實〕、虛擬演播室系統(tǒng)中，也需要大量的三維彩色模型，靠人工構(gòu)造這些模型費時費力，且真實感差。承受三維掃描技術(shù)可供給這些系統(tǒng)所需要的大量的、與現(xiàn)實世界完全全都的三維彩色模型數(shù)據(jù)。7、游樂業(yè)領(lǐng)域隨著技術(shù)的進(jìn)步，現(xiàn)代計算機玩耍己經(jīng)進(jìn)入了三維、互動、虛擬現(xiàn)實階段，三維掃描不僅可以為玩耍、消遣系統(tǒng)供給大量具有極強真實感的三維彩色模型，還可以將玩耍者的形象掃描輸入到系統(tǒng)中，到達(dá)極佳的你感受到夢幻般的效果。8

獲得文物的外形尺寸和外表顏色、紋理，得到三維彩色拷貝。所記錄的信息完整全面，而不是像照片那樣僅僅是幾個側(cè)面的圖像，且這些信息便于長期保存、復(fù)制、再現(xiàn)、傳輸、査閱和溝通，使?fàn)幷撜吣軌蛟诓恢苯咏佑|文物的狀況下，甚至在千里之外，對其進(jìn)展直觀的爭論，這些都是傳統(tǒng)的照目前，很多國家已將這一技術(shù)用于文物工作，美國斯坦福大學(xué)利用三維掃描技術(shù)實施數(shù)字化米開朗基羅”工程，打算將文藝復(fù)興時期的這位意大利著名雕塑家的作品數(shù)字化。英國自然歷史博物館利用三維掃描儀對文物進(jìn)展掃描，將其立體顏色數(shù)字模型送到虛擬現(xiàn)9、蠟像、雕塑創(chuàng)作領(lǐng)域三維掃描儀與數(shù)控雕刻機、快速成型設(shè)備相結(jié)合，實現(xiàn)了對雕塑、蠟像創(chuàng)作領(lǐng)域的顛得對象的立體模型，然后利用CAD、二維建模軟件，充分發(fā)揮他們的藝術(shù)想像力和制造力，對原始模型進(jìn)展隨10、 生物醫(yī)療領(lǐng)域假肢制造、人類學(xué)、人體工程學(xué)爭論等工作都開頭應(yīng)用三維掃描儀。同時，在考古、刑偵領(lǐng)域，有時需依據(jù)人或動物的骨骼來恢復(fù)其生前的形象，也可承受三維掃描儀將骨骼的坐標(biāo)三、企業(yè)和市場狀況三維激光式掃描儀擁有很廣泛的市場應(yīng)用，具有光明的市場前景，因此國際、國內(nèi)也有很多廠家致力于開發(fā)相關(guān)設(shè)備，搶占市場先機。本報告中選擇了目前國內(nèi)外中具有確定市場影響力的廠家，具體如下：1、三維型創(chuàng)公司〔Creaform〕三維型創(chuàng)〔Creaform〕20233D3D340CAD140人，計量學(xué)專家和3D掃描專家42人；目前在全世界有8個分公司，其中上海分公司員工到達(dá)30多35個經(jīng)銷商。20234450加元，同比增長192023202341%5250萬加元的年度目標(biāo)。〔承受逆向工程，通過掃描，3D建模，其尺寸精度到達(dá)±〕.045mm，具體的測量原理為三角測距法。其產(chǎn)品可用于產(chǎn)品的快速成型、逆向工程、快速雕塑成型，與3D打印機技術(shù)結(jié)合，可進(jìn)展快速樣品制造。3?4?動態(tài)跟蹤模塊；5?3D掃描解決方案等。GOM1990年，是全球三維光學(xué)測量領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者。GOM務(wù)是光學(xué)測量系統(tǒng)開發(fā)和銷售，其主要側(cè)重于應(yīng)用，如三維數(shù)字化，三維坐標(biāo)測量，變形GOM產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于汽車行業(yè)、航空航天行業(yè)和消費品德業(yè)，同時為世界各地的爭論中心和學(xué)校供給教學(xué)試驗設(shè)備。GOM供給ATOSTripleScanATOSCompactScanATOSCore、ATOS

x描系統(tǒng)，廣泛適用于不同的應(yīng)用場合和應(yīng)用需求，如便攜式三維掃描系統(tǒng)，機器人自動化掃描系統(tǒng)等。 ATOS三維掃描系統(tǒng)的的核ATOSATOS工業(yè)三維光學(xué)掃描技術(shù)系列能高速地供給精準(zhǔn)及細(xì)膩的掃描數(shù)據(jù)。另外其供給的三維測量數(shù)據(jù)更可作全面分析，如鈑金零件，工具和模具，渦輪葉片，原型，注塑件，鑄件，等工業(yè)部件，有別於一般單點或激光測量，ATOS能擷取物件的完整外表幾何外形和基元,通過密集的點云或多邊形網(wǎng)格S3、ZCorporation公司ZCorporation是世界上速度最快三維成型機的開發(fā)商、制造商和營銷商。ZCorporation3D〔可通過數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)制作彩色3D物理原型的設(shè)備以及獨特的便攜式3D〔實時數(shù)字化3D外表的手持式設(shè)備〕。ZCorporation的技術(shù)適用于制造業(yè)、建筑、土木工程、逆向工程、眾多應(yīng)用。

GIS〕、醫(yī)療及消遣等行業(yè)的3DZScanner60064萬元。ZScanner6000.180XY軸ZScanner600在掃描時■

自行定位并以部件為參考坐標(biāo)，因此，用戶可在掃描過程中可任憑移動目標(biāo)對象而不影響掃描。ZScanner600和ZScanner7004、Polhemus公司Polhemus〔波爾希默斯〕是三維位置/定位跟蹤系統(tǒng)全球的頭號供給商。主要PATRIOT運動跟蹤系統(tǒng)，LIBERTY電磁跟蹤器、LIBERTYFASTRAK運動跟蹤系統(tǒng)、FastScan三維立體掃描儀、SCOUT軍用六自由度跟蹤系統(tǒng)等等，這些產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于醫(yī)療行業(yè)，大學(xué)爭論，軍事訓(xùn)練和模擬產(chǎn)業(yè)，計算機關(guān)心設(shè)計產(chǎn)業(yè)。A售價約為7N售價約為3n機型配有兩臺攝像頭，掃描時，雙攝像頭可以對激光束機型監(jiān)控，記錄下物體的外表輪廓，操作更簡潔。在距離被掃描物體200.5mm;最正確可區(qū)分0.150線，線和線之間的間隔取決于激光頭的移動速度，在每秒501毫米。FastSCANCOBRAC1掃描儀 FastSCANSCORPION掃描儀5NDI公司NDI公司是光學(xué)測量領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者，總部位于加拿大技術(shù)三角區(qū)安或許省沃特盧，共有100多名員工，至今已有27年研發(fā)歷史。NDI主要面對醫(yī)療、工業(yè)及科研領(lǐng)域供給最優(yōu)質(zhì)的三維測量技術(shù)和效勞。其三維測量技術(shù)的精度和可信度深受全球用戶信任，在全球范圍內(nèi)安裝了約14000余套先進(jìn)三維測量系統(tǒng)，主要應(yīng)用在電腦關(guān)心治療、臨床步態(tài)分析、體育/生物力學(xué)爭論、工業(yè)零件檢測和人體工程學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域。其三維激光掃描系統(tǒng)主要包括兩款產(chǎn)品：三維激光掃描器SeanTRAKVicraScan。三維激光掃描器ScanTRAK承受NDI光學(xué)跟蹤器與ScanWorksV5激光掃描器相結(jié)合，能同時實現(xiàn)非接觸式手持激光掃描和接觸式坐標(biāo)測量強大功能及方0.0240mm〔NIST標(biāo)準(zhǔn)〕，0.0137mm范圍〔1.5m-6m20立方米〕；使用無需標(biāo)定。手持式三維激光掃描儀VicraScan集三維模型的創(chuàng)立、比較和處理功能于一身，掃描裝置，確保隨時隨地開頭掃描測量，安裝過程瞬間完成，被測工件外表安放目標(biāo)靶后可迅速開頭測量。ScanTRAK6、3DCaMega—北京博維恒信公司

VicraScan3DCaMega博維恒信研發(fā)的3DCaMega光學(xué)三維掃描系列產(chǎn)品，包括兩大系列〔工業(yè)三維掃描系列和人體三維掃描系列〕幾十種款型的三維掃描儀產(chǎn)品，其中非接觸式人體三維掃描儀填補了國內(nèi)空白，其對人體無害的白光掃描技術(shù)，打破了國外在三維掃描行業(yè)的高技術(shù)壟斷，給國內(nèi)用戶帶來了極大的便利.3DCaMegaCPCCF單目系列、頭部掃描系統(tǒng)、足部掃描系統(tǒng)0.1mm24萬元。CPC雙目系列

便攜式單目系列深圳市精易迅科技是一家長期致力于非接觸式三維掃描及檢測系統(tǒng)研發(fā)、銷售及效勞一體化的專業(yè)三維數(shù)字化高科技公司，擁有點、線、面不同系列的激光和白光三維掃描系統(tǒng)，可供給從三維掃描、工業(yè)檢測到工業(yè)設(shè)計、腳型鞋植定制、逆向工程等一系PTS-H400M綜合型三維掃描儀、PTS-J200周密型三維掃描儀、PTS-FM四目型三維掃描儀等，其主要特點在于：測量精度可達(dá)臉部掃描系統(tǒng)mm~0.05mm；300~500mm；可以掃描小至幾毫米大至幾米的物體，適合不同大小產(chǎn)品8、德國博爾科曼公司德國博爾科曼公司成立于1986年，是白光掃描測量行業(yè)的開拓者，也始終是行業(yè)的領(lǐng)航企業(yè)。他們的產(chǎn)品種類最多在汽車等工業(yè)，文物保護(hù)和動畫行業(yè)，牙齒假肢等醫(yī)療行業(yè)和人體掃描都是應(yīng)用最廣泛，最成功的企業(yè)。其 3D白光掃描系統(tǒng)承受了特有的專利技術(shù)“微構(gòu)造*八、、?

投影技術(shù)”和非對稱構(gòu)造，具有如下優(yōu)占：幾乎能測任何物體外表，測量精度可達(dá)20um。PTS-J200周密型M綜合型 測量精度高，例如目型stereoSCAN-HE三維掃描儀的測量精度4um,重服測量精度高，全都性好。抗震驚，便攜性好很好。對位拼接技術(shù)。邊緣檢測技術(shù)。stereoSCAN-HESmartSCAN克曼的d-StationSCAN測量系統(tǒng)與KaVo合作在牙齒測量和制作行業(yè)已銷售1000多臺套，是世界上在該行業(yè)用的最多最成功的測量系統(tǒng)。完全適合于義齒、骨骼、珠寶飾品等小物件的三維數(shù)據(jù)抄速掃描。01StereoSCAN-HE三維掃描儀 SmartSCAN三維掃描儀9Steinbichler光電技術(shù)1987術(shù)供給商。該公司的產(chǎn)品有：三維數(shù)字化掃描系統(tǒng)；外表檢測系統(tǒng);輪胎檢測系統(tǒng)；相位剪切干預(yù)-無損檢測系統(tǒng)；振動與變形分析系統(tǒng)〔電視相位剪切干預(yù)系統(tǒng)，ESPI/PulsESPI系統(tǒng)〕，三維數(shù)字化掃描系統(tǒng)包括基于白光光柵/條紋投影原理的Comet?系統(tǒng)，以及T-SCAN系統(tǒng)。10、杭州先臨三維科技股份

T-SCANCS先臨三維公司成立于2023年，先專注于三維數(shù)字化與3D打印技術(shù)，將兩項COMET5白光三維掃描儀 COMETL3D藍(lán)光三維掃描儀技術(shù)進(jìn)展融合創(chuàng)，供給專業(yè)三維數(shù)字技術(shù)綜合解決方案， 應(yīng)用于工業(yè)制造、生物醫(yī)療、文化創(chuàng)意三大領(lǐng)域,幫助這些行業(yè)的客戶降低產(chǎn)品開發(fā)制造本錢，縮短產(chǎn)品交付周期，并有效提高產(chǎn)品和效勞品質(zhì)。公司是國內(nèi) 3D打印與三維數(shù)字化技術(shù)一體化應(yīng)用的領(lǐng)軍企業(yè)，中國3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟副理事長單位，浙江省3D打印產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟理事長秘書長單位，光學(xué)三維測量系統(tǒng)〔三維掃描儀〕的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)第一起草單位。OpticScanOpticScan-Q-Plus升OpticScan-D-Plus四目三維掃描儀11、北京天遠(yuǎn)三維科技公司

雙目三維掃描儀0北京天遠(yuǎn)三維科技成立于2023年 天遠(yuǎn)三維掃描儀是北京天遠(yuǎn)三維科技與清華大學(xué)聯(lián)合開發(fā)的具有自主學(xué)問產(chǎn)權(quán)的照相式三維掃描系統(tǒng)。該系統(tǒng)已到達(dá)國0際先進(jìn)水平，其掃描方式有別于傳統(tǒng)的激光點掃描方式，物體外表投射光柵，用兩架攝像機拍攝發(fā)生畸變的光柵圖像，

以實現(xiàn)物體外表三維輪廓的測量。天遠(yuǎn)三維掃描儀主要型號有型、OKIO-S型。

OKIO-H型、OKIO-B型、OKIO-F天遠(yuǎn)三維掃描儀四、 科研院所12023光掃描儀?！暗鼗暰叭S成像激光掃描儀”是一種非接觸式主動測量系