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反光、透明和黑色物體對3D掃描資料獲取的影響

3/2/2020

在上一期內容中，我們已經介紹了3D掃描是如何將實物轉換為3D資料？
大部分光學3D掃描器掃描過程中，“投影機投射光線到物體表面”與“相機接收物體反射光線“是兩個必不可少的部分。
我們經常說，光學三維掃描器不能夠直接掃描黑色、透明和反光的物體。
但是，究其深層次原因，在這篇文章中並沒有展開介紹。
本文，先臨技術工程師Alfred將從原理展開，對於“黑色、透明和反光物體不能夠直接掃描”這個問題進行分析。

反光材質

現在我們用一小段影片來描述一下鏡面反射對掃描的影響。

通過上面的影片，我們瞭解到掃描器的兩個相機無法在同一時間獲取到所需的光信號，再結合掃描原理，我們不難明白，此時掃描器無法正常進行掃描。

透明&半透明材質

對於透明材質的理解：光線照射到物體上不產生反射，且光線穿過物體，少量或部分光線被材質吸收（有色玻璃就是除了該種顏色的光外，均被吸收了）。
我們常說，一般的光學3D掃描器，對於透明和半透明的物體不能夠直接掃描，都需要使用顯像劑。
透明材質是幾乎沒有任何反射信號，掃描器無法獲取到足夠光信號。
半透明材質：此處指的不是類似深色玻璃之類材質（深色玻璃仍舊是透明材料，只是透明度略低）。半透明材質的形成原因是在生成材料的過程中，混入了氣泡、雜質等，導致光線傳導路徑混亂，毛玻璃採用的就是類似的原理。
因此，對於半透明物體無法直接掃描的原理見如下影片：

對於半透明材質，有兩個原因導致無法直接掃描：
1、反射光信號過弱導致相機接收到的反射光線不足以完成資料獲取。
2、材料中雜質影響反射光線，雜亂的反射光線導致資料不能正確獲取。

黑色（深色）材質

關於黑色材質，因為對光的吸收，導致反射光源信號太少，從而無法正常掃描。
但我想從另一個角度去解釋為什麼黑色不能掃描。順帶大家也能理解為什麼在太陽光下，我們無法掃描了。
我們知道掃描器在工作時，會投射特定結構（例如，黑白間隔的條紋光等）的光到物體上，相機需要採集這些光投到物體上的形狀變化，但如果被掃描的物體是深色物體呢？如果外界光線太強，影響了黑白條紋呢？現在我們來看一段影片：

如影片中介紹的：
在強光下，掃描器的光機投影的黑白光柵在物體表面會受到強光的影響，從而無法正常標記關鍵點，因此，即使相機接收到了反射光線，也無法正確的進行資料的處理。
當物體顏色較暗的時候，投射到物體表面的黑白相間的線條，白色線條部分會被暗色物體吸收一部分光線，導致黑白線條的反射光區分不明顯，從而無法正確的進行關鍵點標記，因此無法正常的掃描。
順便給大家可以看看世上最黑物質 Black 2.0

總結

對於反光、透明&半透明、黑色的物體無法直接掃描，究其原因，都是沒有遵循掃描原理中的一個環節，即“相機接收到物體的反射光線”，解決以上問題的方案也很簡單粗暴，只要改變物體的表面屬性，在表面有一層附著物讓其可以對光機光線進行漫反射從而可以讓相機接收，我們一般使用顯像劑來實現物體表面附著。

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3D掃描是如何將實物轉換為3D資料？

3/2/2020

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我們知道光學3D掃描器的主要組成部分是相機及投影機。相機的作用，我們很容易就理解，那投影機呢？3D掃描器又是如何通過實物轉換得到三維資料的呢？本篇文章，先臨工程師Alfred給大家詳細介紹從實物轉換為3D資料的過程。

很多文章都有介紹，光學3D掃描器的工作原理，通俗的講解就是投影機投影出特定的光線在被掃描物體上，物體反射光線，設備相機接收到反射光線後，通過三角測量法計算，從而將實物轉換為由有限點組成的三維資料。

點如何組成3D資料？
點怎麼來的？

點如何組成3D資料？

首先來看下三角測量法的原理，見下圖。通過此方法可以獲取某一個點的位置資訊。

當我們需要複製一條曲線時，我們可以將曲線上的關鍵點的座標測量出來，然後用線將其連接。當這樣的線有多條時，就可以將這些線組成一個完整的面。這個就是我們的曲面建模思路。3D掃描就是借鑒了這種思維。

對於掃描中的物體，其並不是一個點，也不是一堆點的聚合物。這時，我們要做的步驟就是將物體進行抽象化處理成有限個點的集合，這些就是關鍵點，通過確認各關鍵點的位置資訊，得到最終的3D資料。

如何提取被掃描物體上的關鍵點？

物體上又沒標著哪個是關鍵點，哪個不是，接下來該怎麼辦？

現在需要按照一定距離抽樣，抽取關鍵點，然後做好標記。抽樣的關鍵就是利用投影機在物體表面投射特定的光線。當關鍵點確定好後，3D掃描資料的獲取流程就通了。

原理總結：

通過上邊文章的介紹，我們倒推了3D資料獲取的原理。
利用光機投射特定光線在物體表面，人為標記關鍵點，相機接收到反射光線，利用三角測量法，計算各關鍵點的位置座標，通過各點的位置，點組成線，線組成面，最終得到物體的3D資料。

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反光、透明和黑色物體對3D掃描資料獲取的影響

反光材質

透明&半透明材質

黑色（深色）材質

總結

3D掃描是如何將實物轉換為3D資料？

點如何組成3D資料？
點怎麼來的？

原理總結：

經驗分享

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反光、透明和黑色物體對3D掃描資料獲取的影響

反光材質

​透明&半透明材質

黑色（深色）材質

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