高精度三维扫描仪：实现精准测量与数据采集

工业中常用的扫描仪有接触式和非接触式（如激光扫描仪、面结构光扫描仪），如图20.5所示。其中接触式扫描仪（图20.5a）的测量精度高，但价格贵，测量速度慢，而且不适合现场工况，仅适合高精度规则几何体机械加工零件的室内检测；非接触式扫描仪（图20.5b、c）采用光电方法，可对复杂曲面的三维形貌进行快速测量，精度能满足逆向工程的需要，而且对物体表面不会造成损伤，最适合文物和仿古现场的复制需要。非接触式扫描仪中面结构光扫描仪速度比激光线扫描仪快，应用更广泛。

面结构光三维测量的原理如图20.6所示。使用手持式三维扫描仪（图20.6a）对被测物体进行测量时，使用数字光栅投影装置向被测物体投射一系列编码光栅条纹图像并由单个或多个高分辨率CCD数码相机同步采集经物体表面调制而变形的光栅干涉条纹图像（图20.6b、c），然后用计算机软件对采集得到的光栅图像进行相位计算和三维重构等处理，可在极短时间内获得复杂零件表面完整的三维点云数据。

图20.5　常用三维扫描仪类型举例(www.zuozong.com)

图20.6　手持式三维扫描仪测量物体原理图

面结构光三维扫描仪测量速度快，测量精度高（单幅测量精度可达0.01 mm），便携性好，设备结构简单，适用于复杂形状物体的现场测量。该种扫描仪可广泛应用于常规尺寸（10mm～5 m）下的工业产品的检测、逆向设计、物体测量和文物复制，等等。特别是便携式3D扫描仪可以快速地对任意尺寸的物体进行扫描，不需要反复移动被测物体，也不需要在被测物体上做大量标记。这些优势使3D扫描仪成为文物保护不可缺少的工具。