Lichtquellen von 3D-Scannern

Das Grundprinzip des 3D-Scannens besteht darin, ein Lichtmuster oder Laserkreuze auf die Oberfläche des gescannten Objekts zu projizieren und diese Projektion mit einer Kamera oder mehreren Kameras zu erfassen. Am Computer werden mittels Triangulation eine Vielzahl von Punkten erzeugt, aus denen das Polygonnetz rekonstruiert wird. Das ist das Grundprinzip auf den Punkt gebracht, und nun schauen wir uns die einzelnen Lichtquellen von 3D-Scannern genauer an.

Strukturiertes Licht

Strukturiertes Licht kann weiß oder blau sein. Der Vorteil der Verwendung von strukturiertem Licht besteht in der Möglichkeit eines schnelleren Scannens und der Erfassung der Textur des Objekts. Bei stationären Scannern liefern sie höhere Details des gescannten Objekts. Der Nachteil besteht darin, dass das Scannen im Freien oder in gut beleuchteten Bereichen problematisch ist und die Qualität beim Scannen dunkler und glänzender Oberflächen schlechter ist. Die häufigsten Lichtmuster sind Phasenverschiebung, Lichtstreifen und Punktprojektionen.

Phasenverschiebung

Das Prinzip besteht in der Projektion von Licht, das den Verlauf einer Sinuskurve hat, siehe Abbildung 1. Jede Projektion ist immer um einen Teil verschoben. Beim Scrollen werden Reihen von Verlaufsbalken erstellt, siehe GIF. Aufgrund der Krümmung der Oberfläche ändert sich die übertragene Phase im Vergleich zur erwarteten Phase, siehe Abbildung 3. Aus diesen Unterschieden kann ein 3D-Modell rekonstruiert werden. Die Phasenverschiebung wird von stationären Scannern genutzt.

Leichte Streifen

Sie ermöglichen das Scannen während der Bewegung und erhöhen die Bildrate. Die Form verändert sich nicht, die Verformung der Streifen auf der Oberfläche wird erfasst. Lichtstreifen werden beispielsweise vom Go!SCAN Spark-Scanner verwendet.

Punktprojektion

Das projizierte Punktmuster kodiert die Szene u, indem es den Punkten in der Szene eine bestimmte Eigenschaft zuweist. Eine solche eindeutige Markierung der Punkte ermöglicht die Beurteilung der Änderung zwischen dem ursprünglichen Muster und dem entsprechend der Oberfläche des untersuchten Objekts gekrümmten Muster.

Quellen für strukturiertes Licht dienen als:

• DLP-Projektor – digitaler Lichtprojektor
• DOE-Projektor – ein optisch brechendes Element wird vor einer Lichtquelle, beispielsweise einer LED, platziert, die ein projiziertes Lichtmuster erzeugt.
• VCSEL – ein heutzutage sehr beliebter Typ von Infrarotlaser. Der Hauptvorteil ist der schmale, kreisförmige Lichtstrahl, der senkrecht vom Projektor ausgestrahlt wird, sodass keine zusätzliche Gleichrichtung mit Linsen wie beim EEL-Laser erforderlich ist. Die Genauigkeit ist etwas geringer als bei anderen Methoden, eignet sich aber gut zum Scannen dunkler und glänzender Oberflächen, ist nicht so anfällig für Rauschen und leuchtet beim Scannen eines Gesichts nicht in die Augen. Der VCSEL verwendet unseren Peel-3-Scanner. Er ist viel einfacher herzustellen und bietet eine höhere Leistung bei geringerem Stromverbrauch. Anwendung findet es beispielsweise beim Design von LIDAR im Automobilbereich.

Laserkreuze

Heutzutage werden blaue Laser verwendet, um Geschwindigkeit, Qualität und Genauigkeit des Scannens sicherzustellen. Im Vergleich zu roten Lasern gewährleisten sie eine hochwertige Abtastung glänzender und dunkler Oberflächen. HandySCAN 3D BLACK verwendet 11 Laserlinien und eine Linie für schwer zugängliche Stellen, wodurch eine hohe Genauigkeit und Qualität der gescannten Daten erreicht wird. Der Laser ist Klasse II, er ist ungefährlich für die Augen.