本篇文章給大家談?wù)勅S立體掃描儀，以及形創(chuàng)三維掃描儀對(duì)應(yīng)的知識(shí)點(diǎn)，希望對(duì)各位有所幫助，不要忘了收藏本站喔。

手持式三維掃描儀有什么功能?

文物掃描機(jī)測量；3D掃描模型。

手持式三維激光掃描儀是一種用于考古學(xué)、民族學(xué)與文化學(xué)領(lǐng)域的激光器，于2016年9月21日啟用。2個(gè)CCD+ 激光掃描結(jié)構(gòu)，無須其他機(jī)械結(jié)構(gòu)輔助定位?？瑟?dú)立使用掃描，可連續(xù)掃描，重量小于1Kg，能夠手持，便攜性好。激光掃描；有效像素300；7束交叉激光線，測量速率大于470000點(diǎn)/秒，掃描幅面：275*250、分辨率≤0.05mm；基準(zhǔn)距300mm；支持USB 3.0。

三維掃描儀品牌十大排行榜

第一名、XYZprinting掃描儀2.0。

臺(tái)灣3D打印機(jī)制造商XYZprinting早在2015年就推出了第一款3D掃描儀。現(xiàn)在，一個(gè)新的版本剛剛推出，三維掃描儀2.0。它體積小，重量輕，238克，為用戶提供了極大的移動(dòng)性和易用性。它包括4種不同的掃描模式，可以掃描物體、全身、頭部或面部。掃描的最大尺寸為100×100×200厘米，分辨率為1～2.5毫米。

第二名、BQ-Ciclop三維掃描儀。

BQ的Ciclop掃描儀是我們排名中唯一的開源3D掃描儀。3D激光掃描儀配有Horus軟件，其設(shè)計(jì)、軟件和電子元件的所有信息都是免費(fèi)在線的。

Ciclop基于激光三角測量技術(shù)，可以在8分鐘內(nèi)掃描物體，掃描面積為200x200x205mm。自2016年以來，BQ的直銷渠道已經(jīng)斷貨。不過，掃描器仍然可以在線使用，也可以通過亞馬遜這樣的經(jīng)銷商獲得。

第三名、The Structure Sensor。

這個(gè)掃描器可以讓你把它直接連接到你的蘋果平板電腦上。下載相關(guān)應(yīng)用程序后，您將能夠自主掃描3D模型長達(dá)4小時(shí)。

它的尺寸為119.2 x 28 x 29毫米，重量為0.21磅（95克），是世界上最小的三維掃描儀之一。它的精度可以達(dá)到0.5毫米，這款小3D掃描儀可以直接在你的蘋果平板電腦上進(jìn)行3D掃描、室內(nèi)地圖繪制和混合現(xiàn)實(shí)游戲，你可以在我們的比較器中比較它的規(guī)格。

第四名、3D Systems的Sense 三維掃描儀。

3D Systems在20世紀(jì)80年代后期創(chuàng)建了立體平版3D打印機(jī)，目前他們已經(jīng)發(fā)布了Sense 3D掃描儀。這是當(dāng)今市場上最流行的低成本掃描儀之一，可以掃描200 x 200 x 200 mm到2立方米的大柱子！它的尺寸只有178x129x330mm，精度為0.90mm，對(duì)于紋理-顏色-紋理映射，顏色分辨率為1920×1080像素。

第五名、Matter Form V2 三維掃描儀。

這個(gè)三維掃描儀是由加拿大MatterForm設(shè)計(jì)的。用兩個(gè)激光器，MatterFormV2允許掃描物體，最大高度為9.8（25cm），直徑為7（18厘米）。其精度為0.1毫米，與所有3D打印機(jī)兼容，可供制造商用于從藝術(shù)到設(shè)計(jì)和培訓(xùn)的各種應(yīng)用。

三維掃描儀工作原理及應(yīng)用

三維掃描儀（3D scanner）是一種科學(xué)儀器，用來偵測并分析現(xiàn)實(shí)世界中物體或環(huán)境的形狀（幾何構(gòu)造）與外觀數(shù)據(jù)（如顏色、表面反照率等性質(zhì)）。搜集到的數(shù)據(jù)常被用來進(jìn)行三維重建計(jì)算，在虛擬世界中創(chuàng)建實(shí)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(jì)、瑕疵檢測、逆向工程、機(jī)器人導(dǎo)引、地貌測量、醫(yī)學(xué)信息、生物信息、刑事鑒定、數(shù)字文物典藏、電影制片、游戲創(chuàng)作素材等等都可見其應(yīng)用。三維掃描儀的制作并非仰賴單一技術(shù)，各種不同的重建技術(shù)都有其優(yōu)缺點(diǎn)，成本與售價(jià)也有高低之分。目前并無一體通用之重建技術(shù)，儀器與方法往往受限于物體的表面特性。例如光學(xué)技術(shù)不易處理閃亮（高反照率）、鏡面或半透明的表面，而激光技術(shù)不適用于脆弱或易變質(zhì)的表面。

三維掃描儀的用途是創(chuàng)建物體幾何表面的點(diǎn)云（point cloud），這些點(diǎn)可用來插補(bǔ)成物體的表面形狀，越密集的點(diǎn)云可以創(chuàng)建更精確的模型（這個(gè)過程稱做三維重建）。若掃描儀能夠獲取表面顏色，則可進(jìn)一步在重建的表面上粘貼材質(zhì)貼圖，亦即所謂的材質(zhì)印射（texture mapping）。

三維掃描儀可模擬為照相機(jī)，它們的視線范圍都呈現(xiàn)圓錐狀，信息的搜集皆限定在一定的范圍內(nèi)。兩者不同之處在于相機(jī)所抓取的是顏色信息，而三維掃描儀測量的是距離。由于測得的結(jié)果含有深度信息，因此常以深度視頻（depth image）或距離視頻（ranged image）稱之。

由于三維掃描儀的掃描范圍有限，因此常需要變換掃描儀與物體的相對(duì)位置或?qū)⑽矬w放置于電動(dòng)轉(zhuǎn)盤（turnable table）上，經(jīng)過多次的掃描以拼湊物體的完整模型。將多個(gè)片面模型集成的技術(shù)稱做視頻配準(zhǔn)（image registration）或?qū)R（alignment），其中涉及多種三維比對(duì)（3D-matching）方法。

三維掃描儀分類為接觸式（contact）與非接觸式（non-contact）兩種，后者又可分為主動(dòng)掃描（active）與被動(dòng)掃描（passive），這些分類下又細(xì)分出眾多不同的技術(shù)方法。使用可見光視頻達(dá)成重建的方法，又稱做基于機(jī)器視覺（vision-based）的方式，是今日機(jī)器視覺研究主流之一。

接觸式掃描：

接觸式三維掃描儀透過實(shí)際觸碰物體表面的方式計(jì)算深度，如座標(biāo)測量機(jī)（CMM,CoordinateMeasuring Machine）即典型的接觸式三維掃描儀。此方法相當(dāng)精確，常被用于工程制造產(chǎn)業(yè)，然而因其在掃描過程中必須接觸物體，待測物有遭到探針破壞損毀之可能，因此不適用于高價(jià)值對(duì)象如古文物、遺跡等的重建作業(yè)。此外，相較于其他方法接觸式掃描需要較長的時(shí)間，現(xiàn)今最快的座標(biāo)測量機(jī)每秒能完成數(shù)百次測量，而光學(xué)技術(shù)如激光掃描儀運(yùn)作頻率則高達(dá)每秒一萬至五百萬次。

非接觸主動(dòng)式掃描：

主動(dòng)式掃描是指將額外的能量投射至物體，借由能量的反射來計(jì)算三維空間信息。常見的投射能量有一般的可見光、高能光束、超音波與X射線。

時(shí)差測距（Time-of-Flight）

光達(dá)（lidar，LIght Detection And Ranging的縮寫，或稱3D激光掃描儀）可用于掃描建筑物、巖層（rock formations）等，以制作3D模型。光達(dá)的激光光束可掃描相當(dāng)大的范圍：如圖中此款的儀器頭部可水平旋轉(zhuǎn)360度，而反射激光光束的鏡面則在垂直方向快速轉(zhuǎn)動(dòng)。儀器所發(fā)出的激光光束，可量測儀器中心到激光光所打到第一個(gè)目標(biāo)物之間的距離。

時(shí)差測距（time-of-flight，或稱'飛時(shí)測距'）的3D激光掃描儀是一種主動(dòng)式（active）的掃描儀，其使用激光光探測目標(biāo)物。圖中的光達(dá)即是一款以時(shí)差測距為主要技術(shù)的激光測距儀（laser rangefinder）。此激光測距儀確定儀器到目標(biāo)物表面距離的方式，是測定儀器所發(fā)出的激光脈沖往返一趟的時(shí)間換算而得。即儀器發(fā)射一個(gè)激光光脈沖，激光光打到物體表面后反射，再由儀器內(nèi)的探測器接收信號(hào)，并記錄時(shí)間。由于光速（speed of light)為一已知條件，光信號(hào)往返一趟的時(shí)間即可換算為信號(hào)所行走的距離，此距離又為儀器到物體表面距離的兩倍，故若令為光信號(hào)往返一趟的時(shí)間，則光信號(hào)行走的距離等于。顯而易見的，時(shí)差測距式的3D激光掃描儀，其量測精度受到我們能多準(zhǔn)確地量測時(shí)間，因?yàn)榇蠹s3.3皮秒（picosecond；微微秒）的時(shí)間，光信號(hào)就走了1毫米。

激光測距儀每發(fā)一個(gè)激光信號(hào)只能測量單一點(diǎn)到儀器的距離。因此，掃描儀若要掃描完整的視野（field of view），就必須使每個(gè)激光信號(hào)以不同的角度發(fā)射。而此款激光測距儀即可透過本身的水平旋轉(zhuǎn)或系統(tǒng)內(nèi)部的旋轉(zhuǎn)鏡（rotating mirrors）達(dá)成此目的。旋轉(zhuǎn)鏡由于較輕便、可快速環(huán)轉(zhuǎn)掃描、且精度較高，是較廣泛應(yīng)用的方式。典型時(shí)差測距式的激光掃描儀，每秒約可量測10,000到100,000個(gè)目標(biāo)點(diǎn)。

三角測距（Triangulation）

Principle of a laser triangulation sensor. Two object positions are shown.

三角測距3D激光掃描儀，也是屬于以激光光去偵測環(huán)境情的主動(dòng)式掃描儀。相對(duì)于飛時(shí)測距法，三角測距法3D激光掃描儀發(fā)射一道激光到待測物上，并利用攝影機(jī)查找待測物上的激光光點(diǎn)。隨著待測物（距離三角測距3D激光掃描儀）距離的不同，激光光點(diǎn)在攝影機(jī)畫面中的位置亦有所不同。這項(xiàng)技術(shù)之所以被稱為三角型測距法，是因?yàn)榧す夤恻c(diǎn)、攝影機(jī)，與激光本身構(gòu)成一個(gè)三角形。在這個(gè)三角形中，激光與攝影機(jī)的距離、及激光在三角形中的角度，是我們已知的條件。透過攝影機(jī)畫面中激光光點(diǎn)的位置，我們可以決定出攝影機(jī)位于三角形中的角度。這三項(xiàng)條件可以決定出一個(gè)三角形，并可計(jì)算出待測物的距離。在很多案例中，以一線形激光條紋取代單一激光光點(diǎn)，將激光條紋對(duì)待測物作掃描，大幅加速了整個(gè)測量的進(jìn)程。National Research Council of Canada是致力于研發(fā)三角測距激光掃描技術(shù)的協(xié)會(huì)之一（1978）。

手持激光（Handhold Laser）

手持激光掃描儀透過上述的三角形測距法建構(gòu)出3D圖形：透過手持式設(shè)備，對(duì)待測物發(fā)射出激光光點(diǎn)或線性激光光。以兩個(gè)或兩個(gè)以上的偵測器（電耦組件或 位置感測組件）測量待測物的表面到手持激光產(chǎn)品的距離，通常還需要借助特定參考點(diǎn)－通常是具黏性、可反射的貼片－用來當(dāng)作掃描儀在空間中定位及校準(zhǔn)使用。這些掃描儀獲得的數(shù)據(jù)，會(huì)被導(dǎo)入計(jì)算機(jī)中，并由軟件轉(zhuǎn)換成3D模型。手持式激光掃描儀，通常還會(huì)綜合被動(dòng)式掃描（可見光）獲得的數(shù)據(jù)（如待測物的結(jié)構(gòu)、色彩分布），建構(gòu)出更完整的待測物3D模型。

結(jié)構(gòu)光源（Structured Lighting）

將一維或二維的圖像投影至被測物上，根據(jù)圖像的形變情形，判斷被測物的表面形狀，可以非?？斓乃俣冗M(jìn)行掃描，相對(duì)于一次測量一點(diǎn)的探頭，此種方法可以一次測量多點(diǎn)或大片區(qū)域，故能用于動(dòng)態(tài)測量。

調(diào)變光（Modulated Lighting）調(diào)變光三維掃描儀在時(shí)間上連續(xù)性的調(diào)整光線的強(qiáng)弱，常用的調(diào)變方式是周期性的正弦波。借由觀察視頻每個(gè)像素的亮度變化與光的相位差，即可推算距離深度。調(diào)變光源可采用激光或投影機(jī)，而激光光能達(dá)到極高之精確度，然而這種方法對(duì)于噪聲相當(dāng)敏感。

非接觸被動(dòng)式掃描

被動(dòng)式掃描儀本身并不發(fā)射任何輻射線（如激光），而是以測量由待測物表面反射周遭輻射線的方法，達(dá)到預(yù)期的效果。由于環(huán)境中的可見光輻射，是相當(dāng)容易獲取并利用的，大部分這類型的掃描儀以偵測環(huán)境的可見光為主。但相對(duì)于可見光的其他輻射線，如紅外線，也是能被應(yīng)用于這項(xiàng)用途的。因?yàn)榇蟛糠智闆r下，被動(dòng)式掃描法并不需要規(guī)格太特殊的硬件支持，這類被動(dòng)式產(chǎn)品往往相當(dāng)便宜。

立體視覺法（Stereoscopic）

傳統(tǒng)的立體成像系統(tǒng)使用兩個(gè)放在一起的攝影機(jī)，平行注視待重建之物體。此方法在概念上，類似人類借由雙眼感知的視頻相疊推算深度（當(dāng)然實(shí)際上人腦對(duì)深度信息的感知?dú)v程復(fù)雜許多），若已知兩個(gè)攝影機(jī)的彼此間距與焦距長度，而截取的左右兩張圖片又能成功疊合，則深度信息可迅速推得。此法須仰賴有效的圖片像素匹配分析（correspondence analysis），一般使用區(qū)塊比對(duì)（block matching）或?qū)O幾何（epipolar geometry）算法達(dá)成。

使用兩個(gè)攝影機(jī)的立體視覺法又稱做雙眼視覺法（binocular），另有三眼視覺（trinocular）與其他使用更多攝影機(jī)的延伸方法。

色度成形法（Shape from Shading）

早期由B.K.P. Horn等學(xué)者提出，使用視頻像素的亮度值代入預(yù)先設(shè)計(jì)之色度模型中求解，方程式之解即深度信息。由于方程組中的未知數(shù)多過限制條件，因此須借由更多假設(shè)條件縮小解集之范圍。例如加入表面可微分性質(zhì)（differentiability）、曲率限制（curvatureconstraint）、光滑程度（smoothness）以及更多限制來求得精確的解。此法之后由Woodham派生出立體光學(xué)法。

立體光學(xué)法（Photometric Stereo）

為了彌補(bǔ)光度成形法中單張照片提供之信息不足，立體光學(xué)法采用一個(gè)相機(jī)拍攝多張照片，這些照片的拍攝角度是相同的，其中的差別是光線的照明條件。最簡單的立體光學(xué)法使用三盞光源，從三個(gè)不同的方向照射待測物，每次僅打開一盞光源。拍攝完成后再綜合三張照片并使用光學(xué)中的完美漫射（perfect diffusion）模型解出物體表面的梯度向量（gradients），經(jīng)過向量場的積分后即可得到三維模型。此法并不適用于光滑而不近似于朗伯表面（Lambertian surface）的物體。

輪廓法

此類方法是使用一系列物體的輪廓線條構(gòu)成三維形體。當(dāng)物體的部分表面無法在輪廓線上展現(xiàn)時(shí)，重建后將丟失三維信息。常見的方式是將待測物放置于電動(dòng)轉(zhuǎn)盤上，每次旋轉(zhuǎn)一小角度后拍攝其視頻，再經(jīng)由視頻處理技巧去除背景并取出輪廓線條，搜集各角度之輪廓線后即可“刻劃”成三維模型。

用戶輔助

另外有些方法在重建過程中需要用戶提供信息，借助人類視覺系統(tǒng)之獨(dú)特性能，輔助完成重建程序。這些方式都是基于照片攝影原理，針對(duì)同個(gè)物體拍攝視頻以推算三維信息。另一種類似的方式是全景重建（panoramicreconstruction），乃是在定點(diǎn)上拍攝四周視頻使之得以重建場景環(huán)境。

應(yīng)用

在馬德羅丹制作的3D自拍，由Shapeways3D打印。Fantasitron 3D自拍的照片展臺(tái)

逆向工程

逆向工程，是一種技術(shù)過程，即對(duì)一項(xiàng)目標(biāo)產(chǎn)品進(jìn)行逆向分析及研究，從而演繹并得出該產(chǎn)品的處理流程、組織結(jié)構(gòu)、功能性能規(guī)格等設(shè)計(jì)要素，以制作出功能相近，但又不完全一樣的產(chǎn)品。逆向工程源于商業(yè)及軍事領(lǐng)域中的硬件分析。其主要目的是，在不能輕易獲得必要的生產(chǎn)信息下，直接從成品的分析，推導(dǎo)出產(chǎn)品的設(shè)計(jì)原理。 逆向工程可能會(huì)被誤認(rèn)為是對(duì)知識(shí)產(chǎn)權(quán)的嚴(yán)重侵害，但是在實(shí)際應(yīng)用上，反而可能會(huì)保護(hù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)所有者。例如在集成電路領(lǐng)域，如果懷疑某公司侵犯知識(shí)產(chǎn)權(quán)，可以用逆向工程技術(shù)來查找證據(jù)。

三維掃描儀選擇指南

3D掃描儀有何用途？

3D掃描儀(3D scanner) 是一種科學(xué)儀器，用來偵測并分析現(xiàn)實(shí)世界中物體或環(huán)境的形狀(幾何構(gòu)造)與外觀資料(如顏色、表面反照率等性質(zhì))。搜集到的資料常被用來進(jìn)行三維重建計(jì)算，在虛擬世界中建立實(shí)際物體的數(shù)位模型。這些模型具有相當(dāng)廣泛的用途，舉凡工業(yè)設(shè)計(jì)、瑕疵檢測、逆向工程、機(jī)器人導(dǎo)引、地貌測量、醫(yī)學(xué)資訊、生物資訊、刑事鑒定、數(shù)位文物典藏、電影制片、游戲創(chuàng)作素材等等都可見其應(yīng)用。下面咱們就來看看這樣一款3D掃描儀。

Z Corporation-ZScanner 800 Z Corporation-ZScanner 800ZScanner系列掃描儀產(chǎn)品為三維掃描帶來了所需要的高速度、易用性以及前所未有的通用性。這一系列的產(chǎn)品能夠在最為狹小的空間內(nèi)掃描任意物體，并在一次性連續(xù)掃描中實(shí)時(shí)進(jìn)行掃描。

傳統(tǒng)掃描儀要求采用固定三腳架、粗重的機(jī)械支臂、或者需要外部定位設(shè)備，而且外部定位設(shè)備必須處于目標(biāo)表面的視線以內(nèi)。這樣，那些難以接觸到的物體近乎是不可能進(jìn)行掃描的，并且需要進(jìn)行大量的后處理工作，將多個(gè)掃描圖像拼合成一個(gè)掃描圖像。