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技术科普 | 高精度三维扫描仪参数深度解析:分辨率篇

应用案例

2024.08.05

# 技术讲堂


“资深工程师的干货分享

教您如何选对/用好三维扫描仪”


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-THE TWELFTH-

深度解析三维扫描仪的扫描分辨率

从上一期技术讲堂开始,我们着重为用户介绍三维扫描仪的一些重要参数,致力于帮助用户了解如何精准匹配满足使用需求的三维扫描解决方案及其日常使用、维护技巧。


上期技术讲堂深入介绍了三维扫描仪“精度”这项核心参数,本期,我们将焦点转向另一关键技术指标——分辨率,也常被称为点距,它直接影响了三维数据还原实物形状的准确度,特别是一些细节几何特征。



Part 01

高精度三维扫描仪的分辨率是什么?


在高精度三维扫描仪中,我们经常会提到分辨率或者点距这个概念,那么它到底是什么?这里我们所说的分辨率和一些我们平常所理解的显示器分辨率、图像分辨率不同,这里指的是空间分辨率,但是除了空间分辨率,像一些彩色3D扫描仪,也会涉及到图像分辨率。今天我们主要介绍空间分辨率。


空间分辨率,一般是描述扫描仪获取的三维数据中相邻两点间距离的参数,这个直接决定了三维数据的细节还原程度。分辨率高时,点距小,细节还原就越细腻。反之,分辨率低,点距相对较大,细节还原度较差。



那么为什么分辨率越高,点距越小,细节还原越好呢?这是因为三维扫描数据是由点云封装而成,点距越小,能够表达的几何特征细节还原度就越好,我们这里给大家举一个例子,我们看屏幕上的图,图1和图2都要还原一个圆形,图1相对于图2使用了更小的点距,可以显而易见的看到,图1的还原性就更好。




Part 02

高精度三维扫描的分辨率受什么影响?


三维扫描仪的分辨率由多项因素影响,主要因素是相机像素、像元大小、幅面等。不过固定式蓝光三维扫描仪和手持式激光三维扫描仪的点云生成原理不同,会稍有差异。


固定式蓝光三维扫描仪,通过扫描单帧图像就可以输出点云,其分辨率可以通过相机像素和幅面数值计算得到,例如OptimScan 5M Plus,其相机像素为500万,则具有2560*1920个像素点,在使用200范围的幅面时,其幅面为200mm*150mm,其横向上的点距=200÷2560=0.078≈0.08mm,同样,纵向的点距也是相同的计算方法。


那么在这个系列的三维扫描仪中,像素越高,幅面越小,则点距越小。OptimScan 9M,拥有890万像素的高性能工业相机,能够非常准确地捕捉细小的几何特征。


1) 光猫后壳

光猫的多孔洞和深槽结构对扫描设备的细节捕捉能力提出了严苛的要求,即使0.7508mm的细窄结构,OptimScan 9M也可以从容地迎接这一挑战。


2) 笔记本后壳

OptimScan 9M轻松获取笔记本后壳的完整三维数据,准确还原其切角、螺纹孔、卡扣等复杂几何结构,精细处仅0.3749mm。


3) 30mm的中国大锹

OptimScan 9M连大锹“足尖”的数据也可以精准捕获,细处直径仅0.0227mm。


那么,手持式激光三维扫描仪的三维数据为多帧数据拼接融合生成,其点距除了受相机像素、像元大小、幅面的影响外,另外一个重要因素则是算法,这也是十分考验厂商的一个研发积累,星空体育在算法上不断优化,实现了对于小点距的数据处理逻辑优化,兼顾细节以及数据精度。在进行一些工件的局部精扫时,可以达到很好的细节效果。


Part 03

高精度三维扫描的精度和分辨率的关系?


在一些情况下,有些用户会将精度和分辨率搞混,那么精度和分辨率之间是什么关系?首先,精度和分辨率是单独的两个概念。


精度是表示观测值与真值的接近程度代表测量尺寸的准确性。而分辨率则是表示还原几何特征的精细程度。两者所代表的内容不同,但是其也一定的联系。


当我们在测量一些精密零件时,细节的还原程度越好,则精度越高,例如测量一些叶片R角这种尺寸非常小的几何特征时,只有形状还原准确,才能测量准确。



至此,我们对分辨率的讲解暂告一段落,其在高精度三维扫描中不可或缺。未来,我们还将带来更多三维扫描领域的专业知识,敬请期待。技术之旅,未完待续,我们下期再会。
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