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三维人体扫描仪原理解析

发布时间:2015-06-02 09:38

香港挂牌全篇之官网三维扫描技术用于获取并分析现实世界中物体、环境的形状(几何构造)与外观数据(如颜色、表面反射率等属性)。获取的信息可用于在虚拟世界中建立对应的数字模型,在工业设计、瑕疵检测、逆向工程、机器导航、地貌测量、医学研究、生物信息、刑事鉴定、数字文物保护、电影制片、游戏制作等领域有着广泛的应用。


三维扫描技术根据其实现原理可以分为接触式(contact)与非接触式(non-contact)两类(图 2.1)。其中,接触式三维扫描仪通过实际接触物体表面计算深度。此类方法获取数据精度高,一般用于工程制造业。然而接触式扫描有损坏待测物体的可能,另外其测量速度较慢,远低于结构光等非接触式扫描方法。
非接触式扫描又可分为被动扫描(passive)与主动扫描(active)两类方法。其中被动扫描方法不发射能量用于传感,而仅利用被动接受的信号。其具体又可以分为立体视觉技术(stereoscopic)、来自运动的结构(structure frommotion)、来源于影的形状(shape from shading)、光度立体法(photometricstereo)等[16]。被动扫描方法不需要特殊的硬件支持,设备成本较低,并可用于较大场景及户外物体。然而被动扫描方法对物体表面光照纹理条件有需求,且一般计算复杂度高、算法鲁棒性较低。
主动式扫描方法可以将可控光源或其它任何形式的能量投射至物体,藉由能量的反射来计算出三维空间信息。常见的投射能量有可见光、红外光、超音波与X 射线等。主动式扫描方法具体又可分为三角测距(triangulation measurement)、飞行时间测距(time-of-flight)、调变光(modulated lighting)、结构光(structured light)等方法[17]。其中,基于三角测距的激光扫描与结构光扫描是最常用的商用三维扫描方法,如图 2.2 所示。下面我们简要介绍激光扫描与结构光扫描的原理。

三维扫描与深度相机技术综述
发射器发射激光到待测物体表面,利用相机拍摄物体上的激光点。由于待测物到激光扫描仪的距离不同,激光光点在相机画面中的位置亦不同。激光光点、相机、激光发射器三者构成三角形位置关系。通过相机定标技术,可求解出相机的内部参数,并可计算出激光发射器与相机的相对位置关系。通过拍摄画面中激光光点的位置,可以确定激光光线与相机视线这两条射线,在此三角形中可求出激光光点到相机的距离。为了提高测量效率,一般以线激光条纹取代单一激光光点,将激光线投射至待测物体进行扫描,加速了整个测量的进程。另外可将物体放置在云台上进行平移或旋转,从而扫描出物体表面完整的几何信息。进一步,人们考虑将投影仪替换激光发射器,通过向待测物体投射特定的二维图案或图案序列来确定测量三角形。比如图 2.4 中的结构光扫描仪,通过投影不同宽度的条纹图案,可以达到与发射多条线激光条纹同样的效果[17]。利用这种思路实现的结构光扫描仪,可以快速重建出待测物体一个角度上完整的几何数据,测量速度相对激光扫描仪明显提高。


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