三维扫描与三维测量-角点技术

技术背景三维扫描技术是为了解决工业领域的设计和制造需求而诞生的，其主流技术从出现到现在，大致可以分为以下四代。第一代是接触式测量技术，它使用探针对物体表面进行接触式测量。代表产品是三坐标测量机，俗称打点机。第二代是线激光扫描技术，它向物体表面投射一条激光线，再用呈一定偏角的摄像机拍摄之，图像中的激光线受物体表面形状的影响而弯曲，由此可计算出三维数据。代表产品是激光三维扫描仪。第三代是结构光扫描技术，它向物体表面投射一组特定的光图案，再用呈一定偏角的摄像机拍摄之，并由此计算三维数据，最常用的图案是黑白条纹。该技术是目前国内的主流技术，对应的产品俗称白光照片扫描仪。第四代是手持式扫描技术，它利用线激光获取物体表面的点云，并利用视觉标记来确定扫描仪在工作过程中的空间位置。手持扫描具有灵活、高效、易用的优势，代表了未来的发展方向。由于存在效率低、成本高、使用维护困难等缺点，一二代技术目前仅用于一些非常特殊的领域。它们是小众产品，市场趋于狭窄。
第三代技术与前两代相比，在效率、成本和使用方面有了明显提高，因而很快在世界范围内获得了推广。但是，时至今日，随着用户对三维扫描的效率和易用性等指标要求的进一步提高，该技术的固有缺陷已使之渐显过时，从而催生了第四代三维扫描技术 —— 手持式三维扫描。手持扫描具有最大的灵活性，但由于手的运动是随意的，因此如何精确、实时的确定任意时刻手的空间位置便成为该技术的核心问题。基于视觉标记点的空间定位技术是解决该问题的关键，目前全球范围内掌握该技术的只有两家，一家是我们，另一家是加拿大的Creaform。技术优势 Creaform 的 HandyScan 系列手持式扫描仪使用传统的点标记进行视觉定位。由于视觉定位需要一个“理想点”——即没有大小，所以实际使用的是圆心，通过提取圆的边界来拟合圆心的坐标。但由于透视投影和镜头畸变的存在，图像中的点边界既不是圆形也不是椭圆，而是一个不规则的自由体，所以拟合的圆心与真实的圆一定存在偏差中央。与 Creaform 不同的是，我们放弃了传统的点标记，并使用了一种不会导致偏差的新视觉标记 - 角标记。角点标记的角点类似黑白棋盘格的交叉点，它满足“理想点”的要求 —— 即没有大小。在提取的时候，我们直接得到角点的坐标，而不是通过拟合来得到它，因此和真实角点之间不会存在偏差。这不仅提高了定位精度，也保证了后续摄影测量的精度和可靠性。

由于其高精度和可靠性，角点技术也用于汽车碰撞安全测试。

与点状标记相比，角点标记的提取要复杂得多，仅靠软件实现很难做到实时流畅的扫描。为此，我们在硬件芯片中内置了角点提取算法，既保证了扫描的流畅性，又大大降低了对电脑配置的要求。我们的手持扫描仪可以在普通电脑上正常工作。使用的接口是USB接口。详情请参考电脑配置。但是Creaform的手持扫描仪使用软件进行视觉定位计算，因此对电脑配置要求较高，必须使用1394接口才能满足其大数据传输。

Tags： 三维扫描技术  

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