Ми щодня з легкістю спостерігаємо за роботою мільйонів цифрових пристроїв, які полегшують як повсякденну, так і професійну діяльність людини. І одними з них є 3d сканери, які використовуються в багатьох сучасних сферах, починаючи від побутових справ, закінчуючи крупними проектами майбутнього, здатними незабаром розгорнутися на просторах космосу. Прийшов час детальніше розібратися з внутрішнім пристроєм 3d сканерів і зрозуміти, як вони працюють.
Принцип роботи лазерного 3d сканування
Лазерний 3d сканер в процесі роботи вимірює довжину лазерних пучків і відстань до об'єктів, з яких виробляється знімок. При цьому напрямок випромінювань регулюється за допомогою спеціального енкодера, який управляє дзеркалами.
Щоб задати позицію лазерного променя в двох вимірах, необхідно повернути одне дзеркало по двох осях, але під час швидкого сканування промінь відбивається від двох дзеркал, розташованих на ортогональної осі. При цьому самі лазери можуть бути розташовані в трьох вимірах, а їх фокусування проводиться за допомогою лінз.
Для отримання точної моделі об'єкта необхідно провести кілька циклів сканування, дані яких в подальшому об'єднуються під час постобробки.
Одним з центральних понять в лазерному скануванні є час повернення променя від поверхні об'єкту. Лазерний пучок, що виходить із сканера, потрапляє на поверхню об'єкта не відразу, то ж стосується його повернення назад на пристрій.
Швидкість світла - це відома константа, а відстань між сканером і об'єктом вимірюється за допомогою обчислення часу, який необхідний, щоб пучок світла повернувся назад. Саме від точності вбудованого хронометра залежить точність скануванні об'єкта. Єдина складність, яка виникає в процесі захоплення хмари точок - дуже маленькі проміжки часу, необхідні для повернення пучка світла на місце. Відстань вираховується за формулою:
Як працює лазерний 3d сканер?
Багато портативні сканери використовують тріангуляцію, яка дозволяє домогтися більш високої точності. Наприклад, в лазерних сканерах часто використовуються додаткові камери, які відстежують лазерні точки, що потрапляють на поверхню об'єкта. Незважаючи на більш точні показники при використанні даного способу, знижується ефективна дальність самого сканера.
Як працює лазерний 3d сканер?
Створення хмар точок
Хмара точок - це скупчення даних, які розташовуються в Декартовой системі координат. Відповідно всі точки знаходяться в трьох вимірах, на осях X, Y і Z. Якщо розглядати цей термін в контексті 3d сканування, ці дані представляють результати сканування у вигляді неструктурованих координат. Типовими і найбільш поширеними форматами хмари точок є TXT, IGS і ASCII.
Точки, отримані в результаті сканування в подальшому перекладаються в загальну систему координат, де можуть бути скоректовані користувачем. При цьому сама коригування може проводитися або безпосередньо під час процесу сканування, або вже після відправки даних до відповідних програм.
Як працює лазерний 3d сканер?
Залежно від типу даних і типу подальшої обробки даних, хмара точок експортується в відповідний файл.
3d сканери - це унікальні пристрої, які використовуються дійсно для широкого кола операцій. Складання тривимірних карт, геодезичних підрахунків і багато чого іншого, може з їх допомогою проводиться в кілька тисяч разів швидше, ніж людиною.