3D掃描新方法可檢測透明物體

近日，德國弗勞恩霍夫應用光學與精密機械研究所（IOF）成功開發出一種利用激光和熱輻射進行3D掃描的新方法，可精確測量透明物體的外形。

3D掃描能夠將物體的立體信息轉換為計算機直接處理的數字信號，為實物數字化提供方便快捷的手段。目前為止，大多數非接觸式3D掃描儀都是把激光（點、線或者陣列式）投射到物體表面，隨后根據物體的反射光來判斷位置信息。但是，光學3D傳感器通常無法準確探測透明物體。因此，在測量透明物體時，不得不先將物體臨時涂上漆，掃描后再費時費力地將其清除。具有反射或黑色表面的物體也有同樣的問題。

而IOF研究人員開發的新方法，不需要對透明物體進行預處理，即可精確檢測其外形。該系統的核心是一個高能二氧化碳激光器，將高功率密度的激光束照射物體，激光能量會被測量對象吸收，并輻射出其中一部分。兩個熱像儀從不同角度分析這種熱信號，利用研究所自己開發的軟件，從兩個視角的信息來計算空間圖像點，將它們組合在一起，最后形成測量對象的3D數據。

整個過程實際上是熱成像和三角測量的結合。IOF研究人員馬丁·蘭德曼強調：“隨著從全表面熱模式到窄熱帶的變化，我們進一步發展了該技術，能夠滿足工業用3D傳感器的要求。”通過相應的光學器件，研究人員成功將激光的功率聚焦在非常小的表面上，為熱像儀提供了更快的必要對比度。在160毫米像場寬度時，生成的3D坐標精度能達到10微米以下。

目前，研究人員正致力于將該技術推向市場，并針對不同的應用場景進行優化。由于測量過程中的熱能非常低，加熱和未加熱表面之間的溫差通常小于3℃，所以該方法也適用于敏感材料。結合測量場的大小以及分辨率和速度，這個被稱為“熱紅外3D傳感器”（MWIR-3D）的系統適用于生產過程中的質量控制或自動化應用。研究人員認為，如果將分辨率降低到50微米以下，系統可以在1秒鐘內生成3D數據集，有望在機器人技術中得到應用。