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南通巨型高精度反向定位掃描儀概念設(shè)計(jì)

來源: 發(fā)布時(shí)間:2025-08-08

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{\displaystylet}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{\displaystyle(c\cdott)/2}。顯而易見的,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{\displaystylet},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(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(fieldofview),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(cè)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(rotatingmirrors)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(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)。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。南通巨型高精度反向定位掃描儀概念設(shè)計(jì)

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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(PhotometricStereo)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。**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*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(perfectdiffusion)模型解出物體表面的梯度向量(gradients),經(jīng)過向量場(chǎng)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(Lambertiansurface)的物體。南通微型高精度反向定位掃描儀互惠互利光滑程度(smoothness)以及更多限制來求得精確的解。

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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)距為主要技術(shù)的激光測(cè)距儀(laserrangefinder)。此激光測(cè)距儀確定儀器到目標(biāo)物表面距離的方式,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(cè)器接收信號(hào),并記錄時(shí)間。由于光速(speedoflight){\displaystylec}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{\displaystylet}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{\displaystyle(c\cdott)/2}。顯而易見的,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{\displaystylet},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。

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***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(cè)量機(jī)(CMM,CoordinateMeasuringMachine)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(cè)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**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)每秒一萬至五百萬次。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。

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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[1](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(correspondenceanalysis),一般使用區(qū)塊比對(duì)(blockmatching)或?qū)O幾何(epipolargeometry)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。經(jīng)過向量場(chǎng)的積分后即可得到三維模型。南通巨型高精度反向定位掃描儀概念設(shè)計(jì)

借助人類視覺系統(tǒng)之獨(dú)特性能,輔助完成重建程序。南通巨型高精度反向定位掃描儀概念設(shè)計(jì)

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(cè)量機(jī)(CMM,CoordinateMeasuringMachine)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(cè)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**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。南通巨型高精度反向定位掃描儀概念設(shè)計(jì)

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