先临三维谈反光、透明和黑色物体对三维数据获取的影响

2020-02-12

大部分光学三维扫描仪扫描过程中,“光机投射光线到物体表面”与“相机接收物体反射光线“是两个必不可少的部分。

  我们经常说,光学三维扫描仪不能够直接扫描黑色、透明和反光的物体。在之前的小课堂内容中,也对这个问题的原因和解决方案做过介绍,忘记的小伙伴请戳下方链接:

  【EinScan小课堂】【第三课】喷粉,解决“黑透反”物体扫描

  但是,究其深层次原因,在这篇文章中并没有展开介绍。

  本文,技术工程师Alfred将从原理展开,对于“黑色、透明和反光物体不能够直接扫描”这个问题进行分析。

  01

  反光材质

  物体之所以看着反光,最基本的原因是物体表面过于光滑,从而形成了镜面反射现象。如下图

  现在我们用一个小视频来描述一下镜面反射对扫描的影响。

  通过上面的视频,我们了解到扫描仪的两个相机无法在同一时间获取到所需的光信号,再结合扫描原理,我们不难明白,此时扫描仪无法正常进行扫描。

  02

  透明&半透明材质

  网上对于透明的解释如下:

  我对于透明材质的理解:光线照射到物体上不产生反射,且光线穿过物体,少量或部分光线被材质吸收(有色玻璃就是除了该种颜色的光外,均被吸收了)。

  我们常说,一般的光学三维扫描仪,对于透明和半透明的物体不能够直接扫描,都需要使用显像剂。

  透明材质是几乎没有任何反射信号,扫描仪无法获取到足够光信号。

  半透明材质:此处指的不是类似深色玻璃之类材质(深色玻璃仍旧是透明材料,只是透明度略低)。半透明材质的形成原因是在生成材料的过程中,混入了气泡、杂质等,导致光线传导路径混乱,毛玻璃采用的就是类似的原理。

  因此,对于半透明物体无法直接扫描的原理见如下视频:

  对于半透明材质,有两个原因导致无法直接扫描:

  1、反射光信号过弱导致相机接收到的反射光线不足以完成数据获取。

  2、材料中杂质影响反射光线,杂乱的反射光线导致数据不能正确获取。

  03

  黑色(深色)材质

  关于黑色材质,因为对光的吸收,导致反射光源信号太少,从而无法正常扫描。

  但我想从另一个角度去解释为什么黑色不能扫描。顺带大家也能理解为什么在太阳光下,我们无法扫描了。

  我们知道扫描仪在工作时,会投射特定结构(例如,黑白间隔的条纹光等)的光到物体上,相机需要采集这些光投到物体上的形状变化,但如果被扫描的物体是深色物体呢?如果外界光线太强,影响了黑白条纹呢?

  现在我们来看一个视频:

  如视频中介绍的:

  在强光下,扫描仪的光机投影的黑白光栅在物体表面会受到强光的影响,从而无法正常标记关键点,因此,即使相机接收到了反射光线,也无法正确的进行数据的处理。

  当物体颜色较暗的时候,投射到物体表面的黑白相间的线条,白色线条部分会被暗色物体吸收一部分光线,导致黑白线条的反射光区分不明显,从而无法正确的进行关键点标记,因此无法正常的扫描。

  顺便给大家可以看看世上最黑物质 Black 2.0

  要是碰上这家伙,目前的光学扫描仪都无能为力了。

  总结

  对于反光、透明&半透明、黑色的物体无法直接扫描,究其原因,都是没有遵循扫描原理中的一个环节,即“相机接收到物体的反射光线”,解决以上问题的方案也很简单粗暴,只要改变物体的表面属性,在表面有一层附着物让其可以对光机光线进行漫反射从而可以让相机接收,我们一般使用显像剂来实现物体表面附着。

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