Что такое оптический сканер

Обновлено: 10.05.2024

Подумать только, еще каких-то 5-6 лет назад сканеры отпечатков пальцев можно было встретить лишь на самых дорогих флагманских смартфонах, да и те работали крайне плохо. Вспомнить хотя бы сканер на Samsung Galaxy S5, по которому нужно было проводить пальцем, повторяя безуспешно раз за разом одно и то же движение.

А сегодня эти датчики установлены даже на самых бюджетных аппаратах и работают они просто безупречно! Правда, не всегда. И ситуация становится сложнее еще от того, что цена смартфона не прямо пропорциональна качеству, надежности и стабильности используемого сканера отпечатков пальцев.

Так в чем же дело? Чем отличаются современные сканеры и как они работают? Обо всем этом мы и поговорим дальше.

Виды современных сканеров отпечатков пальцев

Сегодня на смартфонах используется 3 основных вида сканеров: емкостные, оптические и ультразвуковые. Отличаются они способом получения картинки и каждый из них имеет свои преимущества и недостатки.

Во-первых, пользователь прикладывает каждый раз палец к сканеру по-разному. Иногда датчику удается захватить лишь небольшую часть пальца, также результат будет отличаться от силы, с которой прижимается палец к сканеру. Более того, небольшие порезы или другие травмы могут незначительно изменять общую картинку. И, тем не менее, смартфон успешно разблокируется.

Во-вторых, смартфоны не хранят фотографии ваших отпечатков и не накладывают при каждом сканировании сделанный снимок на сохраненную ранее копию.

Вместо этого в каждом отпечатке смартфон пытается найти определенные уникальные признаки или контрольные точки. Если внимательно посмотреть на сам отпечаток, то помимо знакомых нам линий (называются они папиллярным узором), можно заметить другие интересные вещи:

Как видим, на отпечатке одни линии разветвляются, другие просто прерываются, а третьи выглядят как небольшие островки. Все это можно изобразить схематически следующим образом:

Смартфон пытается найти такие особые точки (их называют минуциями) на каждом конкретном отпечатке. Минуции являются уникальными признаками и один отпечаток может содержать более 70 минуций.

Соответственно, чем выше качество сканирования и чем большее число раз пользователь сканирует один и тот же отпечаток, немного смещая палец в стороны, тем большее количество минуций получает смартфон для дальнейшего анализа. Зачастую, именно эти особые признаки, а не снимки отпечатков, и сохраняются.

Вся разница между различными типами сканеров отпечатков пальцев заключается в том, каким именно образом они получают снимок пальца для дальнейшей работы:

Емкостный сканер использует для этого электричество
Ультразвуковой сканер использует звук
Оптический сканер получает изображение с помощью света

Теперь давайте немного подробнее остановимся на каждом из них.

Емкостный сканер отпечатка пальца

Такой сканер состоит из множества крошечных токопроводящих пластин, толщина которых меньше, чем линии узора отпечатков пальцев. Такие пластины образуют конденсаторы, хранящие определенный заряд.

Смартфон считывает все ячейки и определяет по напряжению, находилась ли возле каждого конкретного конденсатора канавка (пустота) или же это был выступ и кожа соприкасалась с поверхностью сканера. Так и собирается общая картина отпечатка.

Преимущества емкостных сканеров отпечатков пальцев

В принципе, это лучшие сканеры по совокупности всех характеристик. Они стоят дешево в производстве, технология уже достаточно древняя и хорошо обкатана. Такие сканеры не просто делают двухмерный (плоский) снимок, а сканируют трехмерный объект, учитывая выступы и углубления на пальце.

Обмануть такие сканеры тяжело. Стабильность работы очень высокая, палец не обязательно должен быть очень чистым и сухим.

Так что же с ними не так? Почему эти сканеры устанавливаются лишь на бюджетных Android-смартфонах?

Недостатки емкостных сканеров

Некоторые производители размещают такой сканер на боковой грани, совмещая его с кнопкой питания (Honor 20, Galaxy S10e, Sony Xperia 1). Но в основном емкостные сканеры находятся сзади. А это удобно не во всех ситуациях. К примеру, когда смартфон лежит на столе, нужно обязательно брать его в руки, чтобы добраться до датчика (или пользоваться другими методами разблокировки).

Оптический сканер отпечатка пальца

Реализовать такую технологию можно только на AMOLED-экранах, так как эти дисплеи, по сути, являются полупрозрачными, что позволяет размещать за ними всевозможные датчики, начиная от сканеров отпечатков до датчиков приближения/освещения или даже селфи-камер.

В принципе, IPS-матрицы ровно такие же полупрозрачные и под ними также можно было бы что-то разместить, если бы не потребность в подсветке. Дело в том, что каждая точечка (пиксель) AMOLED-экрана сама по себе излучает свет, когда на нее подается напряжение. А в IPS-дисплеях пиксель представляет собой, грубо говоря, цветную стекляшку, через которую должен пройти внешний свет.

И если мы разместим сканер отпечатков (камеру) за сеточкой OLED-пикселей, тогда и мы будем видеть изображение, и сканер сможет увидеть что-то через экран. А если мы разместим сканер за сеточкой IPS-пикселей, тогда сама камера загородит собой подсветку, которая размещается сзади экрана. И мы будем видеть черное пятно на рабочем дисплее. Если же разместить сканер сзади лампы, тогда сканер не будет видеть ничего, так как подсветка-то не прозрачная.

Преимущества оптических сканеров отпечатков пальцев

Основное преимущество оптического сканера заключается в том, что его можно размещать под экраном. Качество и скорость сканирования зависит как от разрешения матрицы, так и от прозрачности стекла (качества покрытия и пр.).

Недостатки оптического сканера

Тем не менее, у оптических сканеров есть свои проблемы. Все, что может помешать сделать четкий снимок, будет влиять на скорость и стабильность распознавания. Это влага, мелкая грязь и пр.

Также эти сканеры в теории легче обмануть, чем емкостные и ультразвуковые, так как они работают с плоским двухмерным изображением, как любая камера. С другой стороны, яркая подсветка позволяет не только увидеть папиллярные узоры на пальце, но и зафиксировать пульсацию крови, тем самым убедившись, что сканируется именно палец.

Эту же подсветку можно считать и недостатком оптических сканеров. Ночью яркий зеленый свет может вызывать определенный дискомфорт, так как иногда палец не полностью закрывает датчик и яркий свет режет глаза.

И последним недостатком оптических сканеров является их капризность к защитным стеклам. Толщина и материалы защитных пленок/стекол могут влиять на скорость и стабильность распознавания отпечатков.

Ультразвуковой сканер отпечатка пальцев

Ультразвуковые сканеры появились на смартфонах позже всех. Первый ультразвуковой датчик отпечатков был представлен вместе с Samsung Galaxy S10 в начале 2019 года. С тех пор, Samsung использовала его в линейках Galaxy Note10 и Galaxy S20.

Несмотря на то, что ультразвуковые сканеры пришли на смартфоны позже всех, сама технология используется очень давно в других отраслях. Сканирование отпечатка происходит при помощи ультразвука. Грубо говоря, каждый раз прикладывая палец к ультразвуковому сканеру, вы делаете его УЗИ.

32 тысячи колебаний.

Но причем здесь кварцевые часы? При том, что в основе ультразвукового сканера лежит такой же пьезоэлектрик. Подавая на него напряжение, он начинает вибрировать с огромной частотой, генерируя при этом звуковые волны. Мы их не слышим, так как частота очень высокая, но, некоторые животные вполне способны услышать работу ультразвукового сканера отпечатков пальцев.

Преимущества ультразвуковых сканеров отпечатков пальцев

Более того, ультразвук не останавливается на внешней оболочке пальца и проникает в глубь. Получается, можно ввести дополнительную защиту от всяких муляжей и сканировать только настоящий палец.

Также ультразвуковые сканеры могут размещаться где угодно, так как ультразвук легко проходит не только через стекло. И, что немаловажно, пальцы не должны быть идеально сухими или чистыми. Небольшая грязь или жидкость не являются помехой для звуковых волн.

Недостатки ультразвукового сканера

Несмотря на все перечисленные преимущества, в реальной жизни все не так гладко. Первый ультразвуковой сканер 3D Sonic от Qualcomm работает заметно медленнее, чем современные оптические аналоги. А новое поколение сканеров до сих пор не выпущено.

Кроме того, многие слышали нашумевшую историю о том, как смартфоны Galaxy S10 и Galaxy Note10 можно было легко взломать, просто положив между пальцем и экраном кусок гидрогелевой защитной пленки. После этого можно было прикладывать любой палец и ультразвуковой сканер моментально разблокировал смартфон. Это повлекло за собой серьезный скандал и некоторые банки запретили работу своих приложений на смартфонах Samsung с ультразвуковыми сканерами.

Конечно, в конце прошлого года Samsung выпустила обновление, исправляющее столь странное поведение. Но осадок остался.

В любом случае, сегодня выбор между ультразвуковым и оптическим сканером не стоит, так как ультразвуковые датчики используются только на флагманах Samsung, начиная с Galaxy S10. На всех остальных смартфонах установлены оптические сканеры отпечатков пальцев.

На работу ультразвуковых сканеров также влияют защитные стекла и некоторые пленки, рассеивающие и частично гасящие звуковую волну.

Попытки обойти любую биометрическую защиту делаются постоянно. Они же и позволяют разработчикам улучшать датчики и алгоритмы.

Любой современный сканер отпечатков пальцев достаточно надежен для того, чтобы обеспечить защиту финансовым данным. Любая платежная система на смартфонах позволяет использовать именно отпечатки пальцев. И делать выбор, исходя из соображений безопасности, не имеет никакого смысла. Емкостные, ультразвуковые и оптические сканеры справляются со своей задачей одинаково хорошо.

Если говорить о скорости и стабильности работы, то лучшим вариантом на сегодня остается емкостный сканер (на флагманских смартфонах), после которого идут современные оптические сканеры и уже затем упомянутый ультразвуковой 3D Sonic.

Apple также не будет оставаться долго в стороне от прогресса. Рано или поздно, в iPhone появится датчик отпечатка пальцев в экране. Те, кто следят за патентами компании, знают, что Apple ведет подобные разработки уже много лет.

В этой статье мы рассказываем об оптических 3D-сканерах, которые используются в реверс-инжиниринге, образовании, медицине, архитектуре, ювелирном и музейном деле, криминалистике и многих других сферах.

Читайте статью, чтобы узнать больше.

Содержание

Введение

3D-сканеры — устройства, которые предназначены для создания трехмерных моделей реальных физических объектов. 3D-сканеры разделяются по методу сканирования на контактные и бесконтактные. Контактные сканеры взаимодействуют с объектами с помощью щупа и в основном применяются в реверс-инжиниринге и для контроля качества на производстве. Другой тип 3D-сканеров — бесконтактные: лазерные и оптические (еще бывают ультразвуковые и рентгеновские, но это сугубо узкоспециализированные устройства, сейчас не о них), названные так в зависимости от используемой технологии. Итак, рассказываем об оптических 3D-сканерах.

Принцип работы оптических 3D-сканеров

Принцип работы оптических 3D-сканеров заключается в следующем: предметы подсвечиваются структурированным светом с помощью проектора и снимаются двумя (реже одной) камерами с разных ракурсов. Сканируемый объект засвечивается узкой полосой света или световым паттерном: черно-белыми квадратами, расположенными по принципу шахматной доски, или “зеброй” — черно-белыми полосами. Деформация проецируемого рисунка при наложении на сканируемый объект дает информацию о глубине и кривизне поверхности, форме предмета.

Камеры фиксируют искривления полученной картинки и на основе анализа полученных данных в ПО реконструируется 3D-модель сканируемого объекта.

Оптические 3D-сканеры бывают ручными и настольными: с поворотным столиком и без. Многие модели поддерживают цветное сканирование.

Плюсы и минусы оптических 3D-сканеров

Оптические 3D-сканеры работают быстрее лазерных и способны получать информацию о цвете.

Недостаток оптических сканеров на штативе — ограничение сканирования крупных объектов, для этого используют ручные сканеры и наклейки-маркеры. Это маленькие черно-белые метки, которые размещают на поверхности для создания опорных точек. Отсканированная по частям крупная деталь сшивается в единую 3D-модель.

Крупные формы, такие как здания и памятники, оптическими сканерами как правило не сканируют, т.к. это очень долго и трудозатратно, с этой задачей намного лучше справляются лазерные сканеры и фотограмметрические комплексы.

Хуже, чем лазерные 3D-сканеры, оптические устройства справляются со сканированием блестящих, прозрачных и черных предметов. Но в 90% случаев эта проблема решается с помощью использования матирующего спрея.

Средняя стоимость оптических сканеров ниже, чем стоимость лазерных аналогов.

Производители оптических 3D-сканеров

Shining 3D

На рынке оптических 3D-сканеров несколько ведущих производителей. В первую очередь стоит отметить китайскую компанию Shining 3D и их модели начального уровня: EinScan-SE и EinScan-SP, профессиональные модели Pro 2x с Solid Edge и Pro 2x plus с Solid Edge, а также сканеры для стоматологии AutoScan DS-EX и Shining 3D AutoScan DS-EX Pro.

Shining 3D EinScan-SE и Shining 3D EinScan-SP

Настольные 3D-сканеры начального уровня Shining 3D EinScan-SE и Shining 3D EinScan-SP снабжены поворотным столиком с разрешенной нагрузкой не более 5 кг. Данные модели отличает простота сборки, калибровки и сканирования. Наличие автоматического режима позволяет использовать устройство даже неподготовленным пользователям: преподавателям, дизайнерам, сотрудникам музеев. Сканеры снабжены двумя камерами, в качестве подсветки используется структурированный белый свет, безопасный для глаз.

Shining 3D Einscan Pro 2x с Solid Edge и Shining 3D Einscan Pro 2x plus с Solid Edge

Shining 3D Einscan Pro 2x и Shining 3D Einscan Pro 2x plus — это ручные профессиональные 3D-сканеры. Модели отличает высокая скорость сканирования и высокая детализация. Профессиональное ПО Solid Edge в комплекте обеспечивает широкий функционал.

Модель Einscan Pro 2x устарела, сейчас выпускается модель Einscan Pro 2x 2020

Модель Shining 3D Einscan Pro 2x plus снята с производства, вместо нее теперь поставляется Shining 3D Einscan Pro HD.

Сканеры поддерживают несколько режимов работы и под разные задачи дополнительно могут оснащаться индустриальным набором — Industrial Pack (поворотный столик и штатив) и модулем цветного сканирования Color Pack.

Shining 3D AutoScan DS-EX и Shining 3D AutoScan DS-EX Pro

Специализированные оптические 3D-сканеры Shining 3D AutoScan DS-EX и Shining 3D AutoScan DS-EX Pro были разработаны для решения стоматологических задач: восстановления зубов, ортодонтии, протезирования. Поддерживают монохромное и цветное сканирование, отличаются высокой скоростью (сканирование челюсти не более 12 сек) и точностью (до 10 мкм).

RangeVision

Российский производитель RangeVision выпускает оптические 3d-сканеры начального уровня: RangeVision Spectrum, RangeVision NEO, и профессиональные модели: RangeVision PRO Base и RangeVision PRO.

RangeVision Spectrum и RangeVision NEO

Оптические 3D-сканеры RangeVision Spectrum и RangeVision NEO — устройства начального уровня. Работают как в ручном, так и в автоматическом режиме. RangeVision NEO подходит для новичков и для обучения детей и студентов в школах и ВУЗах. Сканер просто собирать, калибровать и использовать. Благодаря интуитивно-понятному интерфейсу, с калибровкой и сканированием справятся технически неподготовленные пользователи.

RangeVision Spectrum снабжен камерами с высоким разрешением — 3,1 Мп, работает с использованием безопасной структурированной подсветки, хорошо улавливает сложную форму и мелкие детали предметов.

RangeVision PRO Base и RangeVision PRO

3D-сканеры RangeVision PRO Base и RangeVision PRO относятся к профессиональным моделям. Отличаются высокой точностью сканирования при низкой, по сравнению с импортными аналогами, цене. Стоимость этих устройств начинается от 1 млн. рублей. Данные сканеры находят применение в различных сферах: от ювелирного производства до автомастерской.

Creaform

Канадская компания Creaform занимает лидирующую позицию в разработке и производстве оптических портативных 3D-сканеров, предназначенных для бесконтактного трехмерного измерения. Основные клиенты Creaform — нефтегазовые, энергетические и авиационные компании.

Creaform Academia

Ручной 3D-сканер Creaform Academia предназначен для образовательных целей. В дополнение к сканеру Creaform бесплатно предоставляет учебные материалы, ПО для реверс-инжиниринга и контроля качества, 5-летний план обслуживания клиентов. Сканер Creaform Academia при весе 850 граммов и компактности имеет большую зону сканирования (380 x 380 мм), обладает точностью сканирования 550 000 точек в секунду. Невозможность делать цветные сканы, при использовании Creaform Academia в образовательных целях, не критична.

Creaform peel 3D

Ручные сканеры Creaform peel 3D — доступные и компактные приборы, в которых использована технология структурированного белого света. В линейке три 3 прибора: peel 1, peel 2 и peel 2CAD. Сканеры серии peel предназначены для сканирования объектов от 30 см до 3 м. Интуитивно-понятный интерфейс, простая калибровка и высокая скорость сканирования при доступной цене позволяют эти сканерам занять достойное место на потребительском рынке.

ScanTech

Китайская компания ScanTech производит и продает 3D-сканеры с 2011 года. ScanTech разрабатывает как лазерные, так и оптические сканеры. Среди постоянных пользователей оборудования ScanTech — крупные автомобильные концерны Nissan и Volkswagen, корпорации Siemens, Boeing и другие.

ScanTech Ireal 2S и ScanTech Ireal 2E

Портативный оптический цветной 3D-сканер ScanTech Ireal 2E работает с использованием технологии синего света с ультра-высокой точностью сканирования. В В сканере ScanTech Ireal 2S применяется сочетание двух технологий: инфракрасное сканирование и сканирование при помощи голубого цвета LED.

Оба прибора компактны, легки, эргономичны, имеют режим интеллектуального выравнивания, делают цветные сканы. ScanTech Ireal 2S и ScanTech Ireal 2E отличает высокая детализация и скорость работы.

Thor3D

Thor3D — молодая московская компания, которая выпустила первый в мире беспроводной ручной 3D-сканер. На рынке Thor3D представлена двумя моделями: Calibry и Drake.

Calibry

Calibry — ручной проводной 3D-сканер, который предназначен для сканирования объектов длиной от 20 см до 10 м. Компактный и высокоскоростной сканер способен собирать до 3 млн. точек в секунду. В качестве дополнительного преимущества — встроенный сенсорный дисплей.

Drake

Сканер Drake — беспроводной профессиональный сканер, который отличает не только высокая точность - 200 мкм, но и мобильность, что важно для сканирования деталей с ограниченным доступом. Drake предназначен для работы со сложными промышленными деталями крупных размеров. Также хорошо устройство справляется, по заявлению производителя, со сканированием людей. Устройство оснащено встроенным компьютером с дисплеем с сенсорным управлением, для работы с объектами разных размеров в комплекте имеются три пары линз.

Сферы применения

Реверс-инжиниринг

Стюарту Беллу понадобилось 10 минут на то, чтобы оцифровать днище Volvo XC90. После чего он реконструировал выхлопную систему автомобиля. Для сканирования Стюарт выбрал ручной оптический 3D-сканер Artec Leo. Беспроводной сканер позволил перемещаться под автомобилем без риска запутаться в проводах.

Музейное дело

Профессиональная модель Shining 3D Pro 2X Plus с Color Pack демонстрирует высокое качество сканирования с передачей текстуры. В качестве образцов выбраны многоцветные полотна и ваза с детализированным орнаментом. С помощью подобного сканера легко создавать цифровой каталог музея, делать цифровые копии произведений искусства для создания учебных пособий и сувениров.

Образование

Применение 3D-сканирования широко используется в образовании. Более простые модели сканеров, такие как XYZPrinting 3D Hand Scanner 2.0 подойдут для использования в школах или в учреждениях дополнительного образования. Технических возможностей этих моделей хватает для знакомства с процессом сканирования и создания простых моделей.

Модели более серьезные, как например сканеры RangeVision, широко применяются в ВУЗах и научно-исследовательских институтах. Так, для Венского Университета Ветеринарной Медицины, как пособие для лабораторных работ был изготовлен шаблон для резки свиных мозгов. Сначала материал был отсканирован, а затем, с помощью 3D-печати, была создана необходимая форма.

Научные исследования

В Университете в Суонси был использован сканер Artec Eva для создания индивидуальных меток, чтобы следить за морскими животными и изучать их. Слабо закрепленные метки теряются, слишком тугие могут причинять животным дискомфорт, именно поэтому понадобилось создание индивидуальных меток для разных особей.

Медицина

3D-сканер Medit i500 демонстрирует быстрое безболезненное сканирование зубов пациентки. Имея цифровую копию своих зубов, можно обсудить варианты лечения с разными врачами, а также отслеживать ход лечения, если делать регулярные сканы.

Помимо стоматологии, 3D-сканирование широко применяется в создании протезов для людей и животных. Создание слепков, по сравнению с 3D-сканированием, было более трудоемким, длительным и дорогостоящим.

Театральное искусство

Оптический 3D-сканер RangeVision Smart был использован для создания декораций к балету “Баядерка” в Большом театре. В качестве объекта сканирования выступала глиняная фигурка слона высотой 7см. После получения скана была создана фигура из пенопласта, впоследствии декорированная театральными художниками.

Заключение

Оптические 3D-сканеры прочно занимают место в любительской и профессиональной нише. Производители предлагают устройства стоимостью от 30 000 до 1 500 000 рублей, которые находят применение во многих сферах деятельности человека.

Ручные и стационарные сканеры используются в сфере образовании детей и взрослых, в качестве помощников в изобразительных видах искусства и в музейном деле, в том числе при оцифровке реликвий. Широко применяются в медицине: стоматологии, протезировании, имплантации, пластической хирургии.

Хорошо показали себя профессиональные модели в реверс-инжиниринге, на производстве, в научных исследованиях, криминалистике. Незаменимы они и при создании сувенирной продукции. Применение 3D-сканирование упрощает, ускоряет и удешевляет работу, которую раньше выполняли другими способами.

Класс устройств обширен: высокоточные оптические сканеры применяются на производстве, с помощью ручных можно сканировать как игрушки, так и автомобили — устройства автоматически сшивают отсканированные участки. Однозначно такие сканеры не подходят, если речь идет о сканировании чего-то габаритами в десятки и сотни метров — здания, промышленные сооружения, крупные природные объекты. Это задача для лазерных сканеров, работающих по принципу лазерного радара — лидара. Если работать нужно с предметом размером до нескольких метров, здесь оптические и лазерные технологии конкурируют, но оптические выигрывают за счет более высокой скорости работы.

3D-сканеры на основе видеокамер есть как более-менее универсальные, так и узкоспециализированные. В целом, эта технология сканирования применима практически во всех областях, например:

метрологический контроль; ;
стоматология;
медицина; ;
сувенирное производство;
криминалистика.

Как работают простейшие сканеры

Самый примитивный вариант — одна фотокамера, а сканируемый объект располагается на контрастирующем фоне. Дальше необходимо либо камеру двигать вокруг объекта, либо поворачивать сам объект, трехмерная модель формируется по набору полученных снимков, а точнее — по массиву силуэтов на фоне. Качество сканирования минимально, для сложных объектов с выраженным рельефом не подходит — вогнутые области не будут распознаны. Так обычно работают приложения 3D-сканирования для смартфонов.

Другой способ пассивного сканирования — стереоскопический, работает по принципу, схожему с человеческим зрением. Две камеры одновременно фотографируют объект, и по различию изображений рассчитывается расстояния до точек поверхности. По массиву полученных данных выполняется построение 3D-модели. Более точная технология в сравнении с силуэтной, но для серьезной работы все равно не годится.

Вся хитрость — в подсветке объекта

Структурированный свет — ключ к получению высокоточной модели. 3D-сканер состоит из видеокамеры и проектора, оба устройства подключены к компьютеру. На объект сканирования проецируется контрастный узор, например, черные и белые полосы. Видеокамера, расположенная на известном расстоянии от объектива проектора и направленная в ту же точку, фиксирует изображение и передает в ПО, которое по искажениям полос формирует цифровую модель поверхности объекта. В более продвинутых сканерах применяется две камеры, бывает и больше.

Установить, подключить, отсканировать

Для оптических 3D-сканеров, устанавливаемых на штатив, распространенный конструктив — направляющая, в центре которой зафиксирован проектор. Слева и справа — две камеры, положение которых может регулироваться. По такому принципу построены, например, обладающие хорошим соотношением цена-точность RangeVision Smart и Spectrum или высокоточные Aicon SmartSCAN-HE и StereoSCAN.

Стационарные 3D-сканеры работают в постоянной связи с компьютером или ноутбуком, для подключения обычно используются интерфейсы USB для каждой камеры и HDMI – для проектора.

Почти автономные устройства

Для выездного сканирования или работы с большими объектами используются ручные 3D-сканеры, совмещающие в одном блоке камеры, проектор и электронику для базовой обработки получаемых данных. Такие сканеры должны обеспечивать сшивку «на лету» отсканированных фрагментов, когда оператор совершает обход вокруг объекта сканирования. Типичный кейс применения — полное или частичное сканирование автомобилей, мебели, могут использоваться и при создании 3D-копий фигур людей.

Характерный пример ручного 3D-сканера со структурированной подсветкой — Artec Eva. Аппарат может работать автономно, с аккумулятором и планшетным ПК. Способен сканировать в цвете и при совмещении фрагментов дополнительно использует стыковку по текстуре, для большей точности.

Автоматическое сканирование небольших предметов

Отдельная категория — медицинские и стоматологические 3D-сканеры. Обычно обладают небольшой рабочей областью, достаточной для работы со слепками. При этом сканирование происходит полностью автоматически за счет применения механизированной платформы, на которой закрепляется объект.

Оптические 3D-сканеры в Москве

Чтобы получить консультацию по выбору оборудования и приобрести 3D-сканер, обращайтесь к нашим специалистам. Мы предлагаем оптические сканеры для решения задач метрологии, музейного дела, производства сувенирной продукции и многих других применений.

Подпишитесь на автора, если вам нравятся его публикации. Тогда вы будете получать уведомления о его новых статьях.

Отписаться от уведомлений вы всегда сможете в профиле автора.

Сегодня мы поговорим с вами о современных оптических 3D-сканерах – высокотехнологичных устройствах, нашедших свое активное применение во многих сферах – медицине, науке, образовании, и других.

Современные 3D-сканеры представляют собой высокотехнологичные устройства, основным назначением которых является создание трехмерных моделей различного рода физических объектов. Сегодня мы поговорим с вами о сканерах оптического типа, которые используются во многих профессиональных сферах и обладают массой уникальных возможностей. Итак, начнем!

Принцип работы

Принцип работы оптических 3D-сканеров прост, процесс сканирования заключается в подсвечивании объектов создаваемым проектором структурированным светом и съемки отраженного света с определенных ракурсов. Объект сканирования засвечивают световой полоской или паттерном – эталонным монохромным рисунком. Перерабатывая отраженный сигнал и высчитывая расположение точек его поверхности, на основе разницы между спроецированным и отраженным изображением, компьютер получает информацию для построения 3D-модели.

Все сканеры оптического типа делятся на ручные, настольные и напольные. Отдельные модели оснащены функцией цветного сканирования.

Преимущества и недостатки

Многие оптические 3D-сканеры позволяют получать данные не только о расположении точек, но и о их цветах, чем выгодно отличаются от лазерных 3D-сканеров.

Информация о цветах бывает очень важна, иногда изменения цвета позволяют диагностировать отклонения в свойствах участка детали. Также она необходима при последующем воссоздании внешнего вида объекта, что критично, если речь не о технической детали, а об историческом объекте или предмете искусства.

Оптические сканеры на штативе тяжело использовать для исследования крупных объектов, таких как транспортные средства и большие детали в машиностроении. Как правило, для этой цели используют сканеры ручного типа и метки — маркировочные наклейки. Последние представляют собой маленькие черно-белые стикеры, которые размещают на объектной поверхности с целью создания точек опоры. Крупный предмет сканируется по частям, а потом эти отдельные части сшиваются в цельную трехмерную модель.

Еще один недостаток «оптики» заключается в том, что она плохо справляется с созданием копий черных и блестящих предметов. Впрочем решить данную проблему в 90% случаев можно путем использования специального спрея, создающего матовое покрытие.

В плане цены оптическое оборудование выигрывает, так как его приобретение не связано с такими крупными расходами, как при покупке лазерных аналогов.

Популярные фирмы-производители

В настоящее время в продаже встречаются оптические 3D-сканеры сразу нескольких производителей. Наибольшей популярностью пользуется техника компании Shining 3D, которая выпускает модели начального и профессионального уровней. В первую категорию входят такие известные устройства как EinScan-SE и EinScan-SP, а во вторую – Pro 2x с Solid Edge и Pro 2x plus с Solid Edge. Небольшой сегмент выпускаемых производителем устройств адаптирован для сферы стоматологии – специалистам этой области предлагаются модели AutoScan DS-EX и AutoScan DS-EX Pro.

Данные модели относятся к начальной категории настольных трехмерных сканеров и оснащены поворотным столиком. Такие устройства могут работать в авторежиме, что делает их незаменимыми для рядовых пользователей: музейных сотрудников, студентов и т.п. В устройство сканеров входят сразу две камеры. Излучаемый устройством подсвет объекта совершенно безопасен для зрения.

Shining 3D Einscan Pro 2x и Einscan Pro 2x plus — ручные профессиональные модели с высоким уровнем детализации и точности сканирования. Вместе с устройствами разработчик поставляет ПО Solid Edge, грамотное использование которого предоставляет пользователю практически безграничные возможности. Способные работать в нескольких режимах сканеры также могут быть укомплектованы модулями Color Pack и Industrial Pack

Модели представляют собой специальные разработки для стоматологической сферы и предназначены для решения задач по диагностике, лечению и протезированию зубов. Способны работать с цветом и в монохромном режиме.

Компания RangeVision выпускает 3D-сканеры как начального, так и профессионального уровня. Рассмотрим наиболее популярные модели этой российской техники.

Данные модели представляют собой недорогие профессиональные 3D-сканеры начального уровня. Устройства способны работать в автоматическом режиме и отличаются простотой сборки и калибровки. Благодаря наличию удобного интерфейса, разобраться в настройке сканера и управлении им смогут даже малоопытные сотрудники.

В конструкцию моделей разработчики интегрировали камеры 3,1 Мп и возможность использования подсветки. Сканер отлично улавливает сложные предметные формы и не создает проблем при передаче цветовой гаммы.

Рассчитанные на профессионалов российские 3D-сканеры стоят намного дешевле своих зарубежных аналогов. Устройства адаптированы для использования в самых различных сферах – от промышленности до ювелирного дела.

Основным назначением техники Creaform является применение в промышленности. Оборудование данного канадского производителя пользуется большой популярностью у крупных энергетических корпораций и авиакомпаний.

Модель Creaform Academia – это трехмерный сканер ручного типа, разработанный специально для сферы образования. Весит устройство 850 г. Зона захвата составляет 380 x 380 мм. Из минусов Creaform Academia можно отметить отсутствие возможности делать сканы в цвете, однако для образовательной сферы этот недостаток не критичен.

Creaform peel 3D

Это совместный проект Creaform и Ametek — удобные ручные сканеры для любителей и начинающих профессионалов, продающиеся под отдельной маркой «peel 3D».

Акцентированное внимание при их разработке уделено эргономике, а также удобству и упрощению работы с ними, с сохранением достойного качества сканирования.

Поставляемое со сканерами peel 3D программное обеспечение предоставляет все основные функции по редактированию и экспорту в максимально интуитивном интерфейсе.

Модели ScanTech появились на мировом рынке в далеком 2011 году. Устройства, выпущенные данной компанией, нашли свое применение на многих известных предприятиях, включая гигантов вроде Nissan и Siemens.

Довольно популярный в научном мире портативный сканер, работающий на технологии синего света. Устройство отличается надежностью, высокой точностью. Оба сканера ScanTech Ireal 2 используют технологию подствета Blue light LED, что обеспечивает высокое качество сканирования. Модификация iReal 2S позволяет выполнять 3D-сканирование также в инфракрасном диапазоне и с захватом информации о цвете.

Оба прибора эргономичны, просты в управлении и имеют небольшой вес.

Российская компания Thor3D недавно стала известна благодаря таким моделям 3D-сканеров, как Calibry и Drake.

Calibry

Представляет собой модель для работы с объектами с длиной от 20 см до 10 м. Сканер оснащен удобным сенсорным дисплеем для управления. Calibry – максимально “дружелюбный” 3D-сканер для начинающих.

Профессиональная мобильная модель, сканирующая с точностью 200 мкм, оптимизированная для работы со строительными и промышленными деталями больших размеров. Устройство можно порекомендовать и для создания моделей живых людей. Сканер комплектуется набором из трех пар линз с разным фокусным расстоянием.

Основные области применения

Эксперты из Суонси смогли адаптировать сканер Artec Eva для слежения за морскими обитателями и изучения их образа жизни в естественной среде. Создав специальные индивидуальные метки, ученые смогли получить полный контроль над поведением подопытных образцов без причинения им физического дискомфорта.

Музейное дело и искусство

Использование модели Shining 3D Pro 2X Plus способно обеспечить высочайшее качество оцифровки объекта с максимально точной передачей текстуры. Для тестирования специалистами были выбраны многоцветные полотна и украшенная сложным орнаментом ваза. Сканер отлично справился с задачей и наглядно доказал тот факт, что его можно смело использовать для каталогизации музейных экспонатов, а также выпуска сувениров.

Реверс-инжиниринг

На оцифровку днища автомобиля марки Volvo XC90 ушло ровно 10 минут. Для сканирования использовался оптический трехмерный сканер ручного типа Artec Leo – с этим устройством исследователь беспрепятственно перемещался под авто и не боялся запутаться в многочисленных проводах.

Образование

Такие простые и не требующие больших временных затрат для своего освоения модели, как, например, XYZPrinting 3D Hand Scanner 2.0 и 3D Systems Sense 2 станут отличным решением для обучения в школах и техникумах. Возможностей этих устройств с лихвой хватит для ознакомления со спецификой процесса сканирования.

Более продвинутые модели (например, от компании RangeVision), используются для научно-исследовательской работы во многих ВУЗах. Так, в одном из университетов Вены с помощью 3D-сканера был изготовлен уникальный шаблон, предназначенный для профессиональной резки свиных мозгов. Специалисты отсканировали материал, а потом придали ему нужную форму с помощью технологии трехмерной печати.

С помощью модели Medit i500 стоматологи могут быстро выполнять безболезненное сканирование зубного рядов пациентов, нуждающихся в срочной медицинской помощи. Имея в наличии точную цифровую копию зубов медики способны пошагово отслеживать ход лечения и обсуждать его эффективность с другими специалистами.

3D-сканирование также может применяться для эффективного создания протезов – такое решение позволяет получить существенную временную и финансовую экономию, по сравнению с затратной процедурой создания слепков.

Театральное искусство

С целью создания красочных декораций в Большом театре было решено использоваться модель RangeVision Smart. В качестве опытного образца мастера использовали небольшую фигурку слона. После того, как скан был получен, театралы сделали из нее реалистичную и оригинальную пенопластовую модель, которая впоследствии использовалась на представлениях.

Подводя итог вышенаписанному, можно сделать вывод, что оптические 3D-сканеры имеют огромное количество применений. Современный рынок таких устройств представлен моделями самой различной стоимости – от 30 000 до 1 500 000 рублей.

Сканеры ручного и стационарного типа могут использоваться практически повсеместно – в образовании, изобразительном искусстве, архитектуре, медицине и т.п. Профессиональные модели 3D-сканеров отлично зарекомендовали себя на производстве, в реверс-инжиниринге и криминалистике. Кроме того, с помощью такой техники можно создавать бюджетную, но качественную сувенирную продукцию.

Купите необходимый вам 3D-сканер в Top 3D Shop и получите в свое распоряжение качественное оборудование с гарантией и сервисом.

Читайте также: