3D-сканирование: структурированный свет против LiDAR

Содержание

• Что такое LiDAR 3D-сканирование?

• Разница между LiDAR и лазером

• Структурированный свет против LiDAR

• Преимущества структурного света

• Идеальные применения структурного света

• Преимущества LiDAR

• Недостатки LiDAR

• Идеальные применения LiDAR

• Заключение

Введение
Что такое LiDAR 3D-сканирование? Каковы различия между LiDAR и лазерным 3D-сканированием? Каковы преимущества и недостатки 3D-сканирования структурным светом по сравнению с LiDAR, и какие наилучшие случаи применения для каждого из методов? Это лишь некоторые из вопросов и не только, на которые мы ответим в данной статье:

1. Что такое LiDAR 3D-сканирование

LiDAR 3D-сканер — это устройство, которое используется для захвата трехмерных объектов и пространства на основе технологии LiDAR. Он может одновременно излучать множество лазерных лучей для измерения расстояния между датчиком и объектом.

LiDAR 3D-сканирование похоже на набрасывание сети из лазерного света на сцену. Эта технология испускает быстрые импульсы лазерного света на поверхность и ожидает возвращения каждого импульса. Подобно замерам времени быстрого эха в огромном каньоне, LiDAR измеряет время, за которое эти световые импульсы возвращаются обратно. Эти измерения времени затем преобразуются в данные о расстоянии, создавая трехмерную картину области.

Эта часть нашей серии призвана раскрыть преимущества и недостатки каждой технологии, предоставив ясность относительно их наилучших случаев использования и ситуаций.

2. Разница между LiDAR и лазером

Являются ли LiDAR и лазерное сканирование одной и той же технологией? Этот вопрос задают многие, и большая часть людей считает, что это одно и то же, но верьте или нет — это не так.

• ЛАЗЕР — это устройство, которое производит монохроматические пучки света.

  • Лазер — это устройство.

  • Лазер не использует LiDAR.

• LiDAR измеряет с помощью проникающих импульсов ЛАЗЕРНОГО света.

  • LiDAR — это технология.

  • LiDAR использует лазеры.

ЛАЗЕР: Аббревиатура LASER означает «Усиление света посредством вынужденного излучения» (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) и относится к устройствам, которые работают по этому принципу для генерации и усиления света.

Многие продукты, которые мы используем ежедневно, сильно полагаются на лазеры. Лазерная технология используется в проигрывателях Blu-Ray и DVD для чтения данных с дисков. Сканеры штрих-кодов обрабатывают данные с помощью лазеров. Использование лазеров для хирургических процедур, таких как операция Lasik на глазах, также является обычным явлением. Резка, гравировка, сверление и маркировка — все это распространенные области применения лазеров.

LiDAR: Аббревиатура LiDAR означает «Обнаружение и определение дальности с помощью света» (Light Detection And Ranging) — метод определения дальности (расстояния) между объектом и приемником с использованием лазеров.

LIDAR, с другой стороны, является методом или процессом, в то время как лазер — это устройство. В индустрии архитектуры, инженерии и строительства (AEC) технология LiDAR используется как 3D-лазерный сканер для зданий, чтобы сканировать их и преобразовывать в исполнительные 3D BIM-модели.

LiDAR работает путем измерения света, который будет отражен обратно на сканер. После этого расстояние между двумя точками определяется с использованием скорости света. В результате цифровое представление измеренных мест позволяет оценить всю окружающую среду.

3. Структурированный свет против LiDAR

Ландшафт технологий 3D-сканирования претерпел значительные advancements за последние годы, при этом 3D-сканирование структурным светом и LiDAR стали двумя наиболее prominent технологиями. Каждая из них предлагает уникальные преимущества и проблемы, что делает их подходящими для разных приложений.

Однако, когда речь идет о приложениях, требующих высокой точности и детализации, структурный свет часто оказывается превосходным выбором. Давайте explore преимущества и недостатки 3D-сканирования структурным светом, демонстрируя, почему он часто превосходит LiDAR во многих, но не во всех сценариях.

4. Преимущества структурного света

Высокое разрешение и детализация

• Захват сложных деталей: Сканеры структурного света захватывают более тонкие и замысловатые детали, что делает их идеальными для применений, требующих сканирования с высоким разрешением.

• Текстура поверхности и цвет: В отличие от LiDAR, который часто создает модели без текстуры, структурный свет может захватывать текстуру поверхности и цвет, обеспечивая более богатые данные и более реалистичные модели.

Точность и стабильность

• Точные измерения: Системы структурного света обычно предлагают более точные измерения, особенно в таких случаях, как контроль качества и обратный инжиниринг.

• Стабильная производительность: В отличие от LiDAR, который может быть чувствителен к окружающему освещению и отражательной способности поверхности, структурный свет обеспечивает стабильные результаты в различных условиях.

Эффективность и скорость

• Быстрый сбор данных: Сканирование структурным светом обычно быстрее захватывает полный профиль объекта благодаря своей способности проецировать и циклически перебирать сложные паттерны для одновременного захвата тысяч точек.

• Сокращение времени на пост-обработку: Получаемые данные часто ближе к готовой модели, что требует меньше времени на пост-обработку.

Универсальность

• Адаптируемость для разных размеров: Системы структурного света могут быть адаптированы для сканирования как небольших объектов (например, промышленных компонентов), так и более крупных предметов (таких как автомобильные детали) с помощью продвинутых моделей, таких как RangeVision Prime.

 

• Множественные сканы и сшивание: Для больших объектов множество сканов с разных углов могут быть сшиты вместе. Этот подход требует точности и может быть затратным по времени, но приводит к комплексным и детализированным моделям.

Безопасность и удобство использования

• Безопасность для биологических объектов: Структурный свет безопасен для сканирования людей и животных, так как не подразумевает воздействия лазера.
  

• Удобство для пользователя: Эти системы часто более просты в настройке и эксплуатации, что делает их доступными для более широкого круга пользователей.
  

• Стоимость для высокой точности: Высокоразрешающие системы структурного света являются значительно более экономически эффективными. Системы обычно предлагают значительно лучшую производительность по сравнению с LiDAR и лазерными системами сопоставимой цены.

5. Идеальные применения – Структурированный свет

• Производство и дизайн: Для точного инжиниринга, контроля качества и обратного инжиниринга.

• Культурное наследие и археология: В оцифровке артефактов, где важны детализация и текстура.

• Медицина и стоматология: Неразрушающий и ненавязчивый метод, идеальный для создания детализированных протезов или в планировании хирургических процедур.

*Для получения дополнительной информации о наилучших случаях использования и реальных приложениях структурного света, читайте часть 2 нашей серии "3D-сканирование 101: Реальные применения структурного света".*

6. Преимущества LiDAR

• Покрытие больших площадей: LiDAR может покрывать большие площади быстро, что делает его идеальным для аэросъемки или сканирования на открытом воздухе. Он особенно эффективен для топографических съемок, градостроительного планирования и картографирования больших сред.
  

• Работа на безопасном расстоянии: LiDAR-сканер может измерять опасные зоны, куда люди не могут войти, поскольку он может измерять на расстоянии. Эта особенность keeps персонал вне опасности и позволяет избежать случайных травм.
  

• Проникновение через препятствия: Он может захватывать данные на сложных ландшафтах, таких как густой лес, проникая через препятствия like деревья и кустарник.
   

• Скорость аэросъемки: Авиационные LiDAR-системы могут сканировать огромные территории быстро, что намного быстрее по сравнению с относительно более медленным процессом сканирования структурным светом на больших расстояниях.

7. Недостатки LiDAR

• Более низкое разрешение и отсутствие цвета: LiDAR обычно менее способен захватывать minute детали объекта, включая цвет и текстуру.
  

• Обработка данных: Работа с массивными наборами данных, генерируемыми LiDAR, может быть сложной, затратной по времени и требующей много ресурсов; добавляя к общим затратам.

• Высокая стоимость для высокой точности: Высокоразрешающие LiDAR-системы могут быть значительно более дорогими, иногда стоить свыше $100,000. Авиационные системы могут стоить еще дороже с более высокой сложностью и эксплуатационными расходами.

8. Идеальные применения для LiDAR

• Автономные транспортные средства: LiDAR служит глазами автономных транспортных средств, обеспечивая обзор на 360 градусов их окружения. Установленные на крыше автономных транспортных средств, LiDAR-системы испускают множество лазерных лучей, создавая живущую, трехмерную карту местности.

• Мониторинг окружающей среды: LiDAR 3D-сканирование может мониторить различные типы крупномасштабных природных ландшафтов для захвата изменений, анализа деформации, оценки рисков, структурного мониторинга и мониторинга инфраструктуры.

 

• Геологические изыскания: Геологическое изыскание — это систематическое исследование геологии под заданной частью земной поверхности с целью создания геологической карты или модели, что стало возможным благодаря способности LiDAR проникать через определенные препятствия.

• Лесное и сельское хозяйство: LiDAR 3D-сканирование может анализировать леса или сады для извлечения релевантных данных о деревьях и кустарнике в искусственных, природных, сельскохозяйственных приложениях для определения урожайности, роста и здоровья. Возможности проникновения LiDAR особенно полезны в таких случаях.

9. Заключение

В то время как LiDAR превосходит в областях, указанных выше, сканирование структурным светом более подходит для применений, требующих высокой точности и детализации в меньшем масштабе, таких как промышленный инспекционный контроль, контроль качества, 3D-моделирование и сохранение культурного наследия.

Важно выбирать технологию, основываясь на конкретных требованиях проекта, учитывая такие факторы, как окружающая среда, масштаб и необходимый уровень детализации. Polyga, например, специализируется на решениях для 3D-сканирования структурным светом, tailored для различных приложений, включая промышленный инспекционный контроль, обеспечение качества и 3D-моделирование, предлагая высокую точность и детализацию для объектов меньшего масштаба.

Хотя LiDAR имеет свои сильные стороны, особенно в крупномасштабном картографировании на открытом воздухе, структурный свет сияет в сценариях, где детализация и точность не могут быть скомпрометированы.

Понимание сильных и ограничений каждой технологии имеет решающее значение при выборе правильного инструмента для ваших задач сканирования, обеспечивая как эффективность, так и точность в сборе и анализе данных.

Помните, что ландшафт технологий 3D-сканирования постоянно развивается, и быть в курсе последних разработок крайне важно для принятия наилучшего решения для ваших задач сканирования.