苏州抄数-三维扫描

3D扫描属于逆向工程（Reverse Engineering）的一种，通过扫描产品实物的3D外形来获取原本不公开的数字化设计3D模型。因此这可能会涉及到版权问题，比如厂商通过3D扫描逆向取得产品的设计图纸后生产，以获取商业利益。

所谓逆向工程技术就是对实物原形进行3D扫描、数据采集，经过数据处理、三维重构等过程，构造具有相同形状结构的三维模型。然后，在对原形进行复制或在原形的基础上进行再设计，实现创新。所以说逆向工程并不是简单的3D扫描以及复制的过程，逆向工程的目的是利用实物获取点云，并基于点云进行优化设计以及创新设计。当然逆向设计并不神秘，他与我们的生活息息相关，日常生活中的自行车的一次次升级改造，汽车流线的愈加无瑕疵都离不开逆向设计。

3D智能数字化技术主要分为两大类：3D智能数字化设计和3D智能数字化扫描。3D智能数字化设计技术是从无到有地设计3D数字化产品，与传统的CAD（Computer Aided Design，计算机辅助设计）技术关系密切。然而，并非人人都有能力来设计3D产品，因此3D扫描技术应运而生。

苏州众匠工业设计有限公司是一家从事工业设计、结构设计、3d扫描、3d打印、3d动画的科技公司。

3D扫描技术可广泛应用于考古、汽车制造、工业检验、医疗等行业，以提高生产效率。

三维扫描仪的发展历程

1.代三维扫描仪：点测量

点测量三维扫描仪通过每一次的测量点来获得物体的表面特征。精度高，但速度慢，通常用于物体表面的误差检测。

代表系统有：固定式三坐标测量机、便携式关节臂测量机、点激光测量仪。

便携式关节臂测量机

2.第二代三维扫描仪：线扫描

通过一段激光线照射到物体表面，再通过传感器获取物体表面的三维信息。

手持式激光扫描仪非常便携，若采用普通的激光线则精度较低，但是成本低，可以以很低的成本来搭建多条激光线组对3D物体实现全方位的扫描。

代表系统：台式三维激光扫描仪、手持式三维激光扫描仪。

手持式三维激光扫描仪

3.第三代三维扫描仪：面扫描

通过一组光栅的位移，再通过传感器来获取物体表面的数据信息。面扫描一般采用投影仪（如高压汞灯的灯泡光源UHP）发出的白光来扫描。

相比于线扫描，面扫描速度更快、精度更高。对于大型物体的测量，结构光要借助于摄影测量系统（如分段测量）来完成，扫描范围可到10m，两天时间就可以完成整车的内外表面扫描。缺点是适合表面起伏不大、较为平坦的物体，对于表面凹凸不平的物体，扫描难度较高。

在扫描过程中，每次扫描得到物体一个侧面的形状，然后将物体转动一个角度后再扫描新的侧面，直到得到物体360°各个方位的形状。每两次扫描之间要保证有重叠的部分，以便于将两个侧面拼接起来。为了便于拼接，有时需要在物体上随机贴上标记点（Marker）。

代表系统：“拍照式”（光栅）结构光三维扫描仪、三维摄影测量系统。

另外也研发出了能够实现面扫描的手持式三维扫描仪。

4.新式扫描仪：红外激光扫描仪

前面讲的扫描仪虽然精度高，但有一些共同的缺点，比如高强度的激光对人的眼睛有伤害；高强度结构白光虽然对人眼无害，但也非常刺眼。而红外激光扫描仪结合了激光和结构光的优点，对人眼无害且速度更快。

红外激光扫描仪主要分为两类。

1. 基于飞行时间（ToF）原理

飞行时间（Time of Flight, ToF）即计算光线飞行的时间，首先让装置发出脉冲光，同时在发射处接收目标物的反射光。感光芯片需要飞秒级（1飞秒只有1s的一千万亿分之一）的快门来测量光的飞行时间。

2. 基于结构光编码原理

“结构光”是指一些具有特定模式的光，其模式图案可以是点、线、面等。其原理是将结构光投射至物体表面，再使用摄像机接收物体表面反射的结构光图案。由于接收到的图案会因物体的立体形状而发生变形，所以可通过该图案的所处位置和变形程度来计算物体表面的空间信息。代表性产品有微软的Microsoft Kinect。

Microsoft Kinect

Kinect是微软对Xbox 360体感周边外设正式发布的名字。Kinect将人机自然交互带入全新领域，无论是游戏或应用，都可以通过身体姿态来控制。

3D打印技术出现后，人们发现Kinect可以作为3D扫描仪，而且还可实现实时、动态的扫描。Kinect发射的光是近红外激光，且符合IEC 60825-1标准中的一级（Class 1）安全要求。

Kinect扫描仪

利用Kinect和3D打印机制作的人像

三维扫描技术原理的科普就到这里。今后我们会分享3D扫描在各行各业的应用，以及更多的3D智能数字化技术。

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