3D掃描儀技術(shù)簡(jiǎn)介
三維掃描儀分類爲(wèi)接觸式與非接觸式兩種，後者又可分爲(wèi)主動(dòng)掃描與被動(dòng)掃描，這些分類下又細(xì)分出衆(zhòng)多不同的技術(shù)方法。使用可見(jiàn)光圖像達(dá)成重建的方法，又稱做基于機(jī)器視覺(jué)的方法，是今日機(jī)器視覺(jué)研究主流之一。 

接觸式掃描
接觸式三維掃描儀通過(guò)實(shí)際觸碰物體外表的方法計(jì)算深度，如座標(biāo)測(cè)量機(jī)（CMM, Coordinate Measuring 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(guò)程中必須接觸物體，待測(cè)物有遭到探針破壞損毀之也許，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)。另外，相較于其他方法接觸式掃描需要較長(zhǎng)的時(shí)間，現(xiàn)今最快的座標(biāo)測(cè)量機(jī)每秒能完成數(shù)百次測(cè)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(wàn)至五百萬(wàn)次。
 
非接觸主動(dòng)式掃描
主動(dòng)式掃描是指將分外的能量投射至物體，借由能量的反照來(lái)計(jì)算三維空間信息。常見(jiàn)的投射能量有一般的可見(jiàn)光、高能光束、超音波與 X 射線。
 
時(shí)差測(cè)距（Time-of-Flight）
時(shí)差測(cè)距（time-of-flight，或稱'飛時(shí)測(cè)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(cè)目標(biāo)物。圖中的光達(dá)即是一款以時(shí)差測(cè)距為要緊技術(shù)的激光測(cè)距儀(laser rangefinder)。此激光測(cè)距儀確定儀器到目標(biāo)物外表距離的方法，是測(cè)定儀器所發(fā)出的激光脈沖往返一趟的時(shí)間換算而得。即儀器開(kāi)槍一個(gè)激光光脈沖，激光光打到物體外表后反照，再由儀器內(nèi)的探測(cè)器接收信號(hào)，并記載時(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外表距離的兩倍，故若令 為光信號(hào)往返一趟的時(shí)間，則光信號(hào)行走的距離等同。顯而易見(jiàn)的，時(shí)差測(cè)距式的3D激光掃描儀，其量測(cè)精度受到我們能多準(zhǔn)確地量測(cè)時(shí)間 ，因?yàn)榇蠹s 3.3 皮秒（picosecond；微微秒）的時(shí)間，光信號(hào)就走了 1 公厘。

激光測(cè)距儀每發(fā)一個(gè)激光信號(hào)只能測(cè)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)以不同的角度開(kāi)槍。而此款激光測(cè)距儀即可通過(guò)自己的水平旋轉(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)用的方法。典型時(shí)差測(cè)距式的激光掃描儀，每秒約可量測(cè)10,000到100,000個(gè)目標(biāo)點(diǎn)。
 
三角測(cè)距（Triangulation）
三角測(cè)距3D激光掃描儀，也是屬于以激光光去偵測(cè)環(huán)境情的主動(dòng)式掃描儀。相關(guān)于飛時(shí)測(cè)距法，三角測(cè)距法3D激光掃描儀開(kāi)槍一道激光到待測(cè)物上，并使用攝影機(jī)查找待測(cè)物上的激光光點(diǎn)。隨著待測(cè)物（距離三角測(cè)距3D激光掃描儀）距離的不同，激光光點(diǎn)在攝影機(jī)畫(huà)面中的位置亦有所不同。這項(xiàng)技術(shù)之因此被稱為三角型測(cè)距法，是因?yàn)榧す夤恻c(diǎn)、攝影機(jī)，與激光自己組成一個(gè)三角形。在那個(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。通過(guò)攝影機(jī)畫(huà)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(cè)物的距離。在很多案例視頻中，人們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(cè)物作掃描，大幅加速了整個(gè)測(cè)量的進(jìn)程。National ReseARCh Council of Canada 是致力于研發(fā)三角測(cè)距激光掃描技術(shù)的協(xié)會(huì)之一（1978）。
 
手持激光（Handhold Laser）
手持激光掃描儀通過(guò)上述的三角形測(cè)距法建構(gòu)出3D圖形：通過(guò)手持式設(shè)備，對(duì)待測(cè)物開(kāi)槍出激光光點(diǎn)或線性激光光。 以兩個(gè)或兩個(gè)以上的偵測(cè)器（電耦組件 或 位置傳感組件）測(cè)量待測(cè)物的外表得益持激光產(chǎn)品的距離，通常還需要借助特定參考點(diǎn)－通常是具黏性、可反照的貼片－用來(lái)作為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)入電腦中，并由軟件轉(zhuǎn)換成3D模型。手持式激光掃描儀，通常還會(huì)綜合消沉式掃描（可見(jiàn)光）獲得的數(shù)據(jù)（如待測(cè)物的結(jié)構(gòu)、色彩分布），建構(gòu)出更完整的待測(cè)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(cè)物上，根據(jù)圖像的形變情形，判斷被測(cè)物的外表形狀，可以非?？斓乃俣冗M(jìn)行掃描，相對(duì)于一次測(cè)量一點(diǎn)的探頭，此種方法可以一次測(cè)量多點(diǎn)或大片區(qū)域，故能用于動(dòng)態(tài)測(cè)量。

調(diào)變光（Modulated Lighting）
使用投影機(jī)將正弦波調(diào)變之光柵投射于書(shū)本上。
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)變方法是周期性的正弦波。借由觀察圖像每個(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)敏銳。
 
非接觸被動(dòng)式掃描
被動(dòng)式掃描儀自己並不發(fā)射任何輻射線（如激光），而是以測(cè)量由待測(cè)物外表反照周遭輻射線的方法，達(dá)到預(yù)期的結(jié)果。由于環(huán)境中的可見(jiàn)光輻射，是相當(dāng)容易取得並使用的，大部分這類型的掃描儀以偵測(cè)環(huán)境的可見(jiàn)光爲(wèi)主。但相對(duì)于可見(jiàn)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。因爲(wèi)大部分情況下，被動(dòng)式掃描法並不需要規(guī)格太特殊的硬件支持，這類被動(dòng)式國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品往往相當(dāng)便宜。
 
立體視覺(jué)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，類似人類借由眼睛感知的圖像相疊推算深度[1]（當(dāng)然實(shí)際上人腦對(duì)深度信息的感知?dú)v程龐大許多），若已知兩個(gè)攝影機(jī)的彼此間距與焦距長(zhǎng)度，而截取的左右兩張圖片又能成功疊合，則深度信息可敏捷推得。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(jué)法又稱做雙眼視覺(jué)法（binocular），另有三眼視覺(jué)（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，使用圖像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(guò)限制條件，因此須借由更多假設(shè)條件縮小解集之范圍。例如進(jìn)入外表可微分性質(zhì)（differentiability）、曲率限制（curvature constraint）、滑溜程度（smoothness）以及更多限制來(lái)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雷同的，其中的差別是光線的照明條件。最簡(jiǎn)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(cè)物，每次僅打開(kāi)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）模型解出物體外表的梯度矢量（gradients），通過(guò)矢量場(chǎng)的積分后即可獲得三維模型。此法并不適用于滑溜而不相近于朗伯外表（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)物體的部分外表無(wú)法在輪廓聯(lián)機(jī)展現(xiàn)時(shí)，重建後將丟失三維信息。常見(jiàn)的方法是將待測(cè)物放置于電動(dòng)轉(zhuǎn)盤(pán)上，每次旋轉(zhuǎn)一小角度後拍攝其圖像，再經(jīng)由圖像處理技巧去除背景並取出輪廓線條，搜集各角度之輪廓線後即可“刻劃”成三維模型。

用戶輔助
另外有點(diǎn)方法在重建過(guò)程中需要用戶提供信息，借助人類視覺(jué)系統(tǒng)之獨(dú)特征能，輔助完成重建順序。

這些方法基本上基于照片攝影原理，針對(duì)同個(gè)物體拍攝圖像以推算三維信息。另一種類似的方法是全景重建（Panoramic reconstruction），乃是在定點(diǎn)上拍攝四周圖像使之得以重建場(chǎng)景環(huán)境。

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