业内领先,基于非接触式结构光三维扫描技术的MP80 Pro突破光源控制与软件后处理的技术瓶颈
【慧聪通信网】一、3D数字化全球市场规模稳定增长,非接触式结构光三维扫描技术优势凸显
据公开资料显示,当前,3D数字化全球市场规模保持稳定增长,预计2023年市场规模可达59.05亿美元,2017-2023年复合增长率为7.8%,未来仍将保持稳定增长。
(2014-2023年全球3D数字化市场规模(亿美元))
全球3D数字化产品应用领域广泛,主要应用在汽车、医疗、航空航天与军工、建筑、能源、采矿、文物保护等领域,合计占比达到68%。未来,3D数字化领域的市场增长将主要来自汽车、医疗、航空航天、个性化定制等行业应用的良好增长。而随着3D扫描技术的进步,3D数字化应用领域将不断拓展。
(全球3D数字化行业下游应用结构分析)
三维扫描技术从技术实现的角度划分,主要有以下几大类:拍照式、关节臂式、三坐标、激光跟踪式、激光扫描式等。根据华经市场研究中心发布《2021-2026年中国结构光三维测量技术专利技术发展研究及应用产业前景预测报告》指出,在一众三维扫描技术中,非接触式结构光三维扫描技术在众多行业应用中优势日益凸显。
非接触式结构光三维扫描技术主要是指光源经过投射系统,将光栅条纹投射到被测物体上,经过被测物体形面调制形成测量条纹,再由相机采集测量条纹图像,进行解码和相位计算,最后利用外极线约束准则和立体视觉技术获得测量曲面的三维数据。
简而言之,非接触式结构光三维扫描技术的基本原理是:采用一种结合结构光技术、相位测量技术、计算机视觉技术的复合三维非接触式测量技术,其中相机标定、特征提取和立体匹配是其关键技术。
相较于其他扫描方式,非接触式结构光三维扫描技术具有扫描速度快、精度高、不必逐点扫描、扫描面积大、数据较为完整等特征,特别适用于复杂曲面逆向建模。除了普通材质的物品外,对于一些特殊材质,如较软材质物品以及不适合直接接触式扫描的物体,如橡胶、纸制品、工艺品、文物等,这种非接触式3D扫描技术也能驾驭。
二、基于非接触式结构光三维扫描技术的MP80 Pro打破业内技术发展瓶颈,市场领先
纵观国内基于结构光3D扫描技术的设备,有各自的技术优势,但也存在一定的不足,如创建完一个模型后,还需要专业软件对模型进行后处理,以及对于扫描光源环境的匹配度,不能做到控制自如等。
国内全栈式3D数字化解决方案提供商积木易搭推出了一款基于非接触式结构光三维扫描技术系统的自动化真彩3D扫描系统MP80 Pro。无论是在扫描精度、扫描速以及易用度等方面都可圈可点。并且,相较于一般扫描仪在扫描模型后处理、扫描光源环境的控制方面,也都做到了一步到位。
(积木易搭MP80 Pro自动化真彩3D扫描设备)
这款MP80 Pro 3D智能扫描硬件的扫描系统主要基于非接触式相移结构光三维扫描和自动纹理贴图技术,采用软硬件协同的操作方式,扫描精度可达 0.03mm。能够快速获取物体表面3D数据和纹理贴图,通过自动拼接、纹理匹配、匀光匀色等核心自研算法,5分钟即可完成扫描并生成高保真彩色物体3D数据。系统操作简单,自动化处理,扫描精度高,扫描速度快。无需贴点,省去大量人力,减少对物体损伤。
1.MP80 Pro扫描系统:基于非接触式结构光技术,软硬件协同处理
在扫描系统设计软件技术方面,MP80 Pro采用基于结构光的三维扫描仪嵌入式系统程序设计,用以实现相机触发、LED光强度调节、通信以及图像处理和人机交互界面等功能,从而为扫描系统的软件总体控制扫描功能的实现创造基础。
在扫描系统的硬件方面,MP80 Pro主要包括了通信与主控模块、图像采集模块和电源模块三大块;具体的组成部分包括USB接口,主控单元,补光灯强度调节,电源等单元的设计,从而为扫描系统的各种功能实现奠定硬件基础。
2.MP80 Pro扫描相机:130万像素结构光3D相机+专业单反相机,全方位采集物体三维结构及色彩纹理信息
相机是扫描仪得以获取物体信息的传感器,其性能将对物品扫描最终效果产生决定性影响。
MP80 Pro采用130万像素、8mm镜头的高精度结构光3D相机,扫描精度高达0.03mm,每秒百万次点云扫描速度,扫描速度快,扫描面积大,能快速完成物体的高精度高分辨率三维建模。
(MP80 Pro高精度结构光3D相机)
同时,MP80 Pro支持专业单反相机,用以采集物体的色彩、纹理信息,以实现物体模型的纹理贴图,自动化实现真彩3D模型创建过程。
同时,MP80 Pro自带的BoxStudio专业扫描处理软件,集成了多种AI算法,实现扫描、拼接、纹理贴图等均自动化处理,实现模型各部件拼接过渡自然。无需人工干预,也不需要再利用其他专业软件对模型进行后期处理,5分钟即可生成真彩3D模型,彩色模型效果可实时3D可视化预览,建模效率提升80%。
(MP80 Pro软硬件协同处理)
(MP80 Pro物体3D模型扫描效果实时预览)
3.高保真LED柔光摄影灯箱配置,MP80 Pro自带稳定的光照环境匹配系统
结构光扫描技术的一个关键难点在于,其对给定环境中的光照条件非常敏感,光照环境是否匹配将会直接影响物体的扫描结果。
在扫描仪的实际运用中必然会遇到不同强度的光照环境,同时,不同物体在扫描的过程中对于光照环境的要求也是不一样的。一般结构光3D扫描仪的解决方法是,扫描的同时自带补光光源或单独布景,操作起来比较麻烦。
而在这一点上,MP80 Pro采用了高保真LED柔光摄影灯箱,打造了基于LED光的三维扫描仪控制系统。通过扫描控制软件,可根据具体的扫描需求调节LED灯的亮度,实现补光,从而在扫描物体的过程中保证光照环境的匹配。
(MP80 Pro自带高保真LED柔光摄影灯箱)
扫描建模过程自动化、自带LED光源设计、软硬件协同等,MP80 Pro克服了市面上一般非接触式结构光三维扫描仪的技术难点,建模效率提升80%。同时具有大视场、非接触、精度高、实时性的优点,5分钟即可完成高精度高质量真彩3D模型创建,因此在文博、教育、电商、VR/AR、产品设计等领域都有广泛的应用。
以MP80 Pro在文物数字化修复、建档应用为例,MP80 Pro在对文物进行非接触扫描测量后,再通过计算机程序的测算,能够获取文物损失部位精确的三维数据,从而将文物复原得到完整的三维数字模型。
(MP80 Pro文物扫描建模)
通过对文物材质的数字化分析,3D打印可直接制作出文物缺失部位,且吻合度极高,能够实现复制部件与文物残破边缘的无损对接,最终复原文物全貌。大大避免了传统的文物修复所采用的翻模及脱模可能会给文物造成的二次伤害的风险,并为博物馆日后研究提供更加全面的数字三维资料。
非接触式结构光三维扫描技术是现阶段较为新颖的扫描技术,已经在许多领域中发挥了重要作用。随着三维扫描技术不断发展,在未来众多行业中,结构光三维扫描技术优势将日益凸显,应用所涵盖的领域也将更加广泛。积木易搭的MP80 Pro目前已广泛应用于文博、教育、电商、VR/AR、产品设计等领域,深受市场认可。
