Безконтактні сканери
Активні сканери випромінюють і приймають випромінювання, що проходить через середовище для того, щоб досліджувати об'єкт, що знаходиться в цьому середовищі. У таких пристроях застосовується світло, ультразвук або рентгенівське проміння.
Існують 2 основних способи вимірювання відстані до об'єкта, що використовуються в далекометрії: часопролітні та тріангуляційні.
Часопролітні сканери
Часопролітний лазерний 3D-сканер – це активний сканер, який використовує лазерний промінь для дослідження об'єкта. В основі цього типу сканера лежить часопролітний лазерний далекомір. У свою чергу лазерний далекомір визначає відстань до поверхні об'єкта, виходячи з часу прольоту лазера туди і назад. Сам лазер використовується для створення світлового імпульсу, тоді як детектор вимірює відбите світло. Враховуючи, що швидкість світла (c) – величина постійна, то знаючи час прольоту променя туди-назад, можна визначити відстань, на яку перемістилося світло, вона буде вдвічі більша за відстань між сканером і поверхнею об'єкта. Якщо (t) – це час польоту променя лазера туди-назад, тоді відстань дорівнюватиме (c*t2). Точність сканера залежить від того, наскільки точно ми можемо виміряти час (t): 3,3 пікосекунди (приблизно) необхідно для того, щоб лазер подолав 1 міліметр. Лазерний далекомір визначає відстань лише однієї точки в заданому напрямку. Тому пристрій сканує все своє поле зору окремими точками за раз, змінюючи при цьому напрям сканування. Міняти напрям лазерного далекоміра можна або шляхом обертання самого приладу, або за допомогою системи дзеркал, що обертаються. Найчастіше використовують останній метод, адже він набагато швидший, точніший, а також легший у користуванні. Наприклад, прольотні 3D-сканери можуть вимірювати відстань від10 000 до 100 000 пікселів за одну секунду.
Тріангуляційні лазерні сканери
Тріангуляційні лазерні 3D-сканери також відносяться до активних сканерів, які використовують лазерний промінь для того, щоб прозондувати об'єкт. Подібно до прольотних 3D-сканерів тріангуляційні пристрої посилають на об'єкт сканування лазер, а камера фіксує розташування точки, куди потрапив лазер. Залежно від того, як далеко лазер світить поверхнею, точка з'являється в різних місцях поля зору камери. Ця технологія названа тріангуляція тому, що лазерна точка, камера і сам лазерний випромінювач утворюють своєрідний трикутник. Відома довжина однієї сторони цього трикутника – відстань між камерою та лазерним випромінювачем. Також відомий кут лазерного випромінювача. А ось кут камери можна визначити за розташуванням лазерної точки в полі огляду камери. Ці показники повністю визначають форму і розмір трикутника і вказують на розташування кута лазерної точки. У більшості випадків, щоб прискорити процес отримання даних, замість лазерної точки користуються лазерною смугою.
Коноскопічна голографія
У коноскопічній системі лазерний промінь проектується на поверхню об'єкта, після чого промінь відбивається по тій же траєкторії, але вже через коноскопічний кристал і проектується на ПЗЗ (прилад із зарядовим зв'язком). В результаті виходить зразок дифракційний, з якого за допомогою частотного аналізу можна визначити відстань до поверхні об'єкта. Основна перевага коноскопічної голографії у цьому, що з вимірювання відстані потрібен лише одне хід променя, що дозволяє визначити, наприклад, глибину невеликого отвору.
Сканери структурованого світла
3D-сканери, що працюють за технологією структурованого світла,є проекцією світлової сітки безпосередньо на об'єкт, деформація цього малюнка і є модель сканованого предмета. Сітка проектується на об'єкт за допомогою рідкокристалічного проектора або іншого постійного джерела світла. Камера, розташована трохи осторонь проектора, фіксує форму мережі і обчислює відстань до кожної точки в полі зору. Сканування структурованим світлом досі залишається активною областю досліджень, якій щороку присвячується чимало науково-дослідних робіт. Ідеальні карти також визнані корисними як структуровані світлові візерунки, які можуть вирішити проблеми відповідності і дозволяють не тільки виявити помилки, але й виправити їх. Перевага 3D-сканерів, що використовують структуроване світло, у їх швидкості та точності роботи. Замість сканування однієї точки в один момент часу структуровані сканери сканують одночасно кілька точок або все поле зору відразу. Сканування всього поля зору займає частку секунди, а профілі, що згенеровані, є більш точними, ніж лазерні тріангуляції. Це вирішує проблему спотворення даних, викликаного рухом. Крім того, деякі існуючі системи здатні сканувати навіть об'єкти, що рухаються в режимі реального часу. Наприклад, VisionMaster – скануюча система у форматі 3D – має 5-мегапіксельну камеру, завдяки чому кожен кадр містить 5 мільйонів крапок. Сканери, що працюють в режимі реального часу, використовують цифрову проекцію краю і фазозсувну техніку (одна з методик застосування структурованого світла), що дозволяє захопити, відновити і створити комп'ютерну модель з високою щільністю деталей об'єктів, що динамічно змінюються (наприклад, міміка) при 40 кадрів за секунду. Нещодавнобуло створено новий тип сканера. Різні моделі можуть бути використані у цій системі. Частота кадрів для захоплення та обробки даних досягає 120 кадрів за секунду. Цей сканер може обробляти окремі поверхні. Наприклад, 2 рухомі руки. З використанням методу бінарного дефокусування, швидкість зйомки може досягати сотень, а то й тисяч кадрів за секунду.
Сканери модульованого світла (отримання зображення зі стробуванням)
При використанні 3D-сканерів на основі модульованого світла світловий промінь, спрямований на об'єкт, постійно змінюється. Найчастіше зміна світла відбувається за синусоїдою. Камера фіксує відбите світло та визначає відстань до об'єкта, враховуючи шлях, який подолав промінь світла. Модульоване світло дозволяє сканеру ігнорувати світло з інших джерел, крім лазера, що дозволяє уникнути перешкод.
Комп'ютерна томографія
Комп'ютерна томографія (КТ) – спеціальний медичний метод візуалізації, що створює тривимірне зображення внутрішнього простору об'єкта, використовуючи велику серію рентгенівських знімків. За схожим принципом працює і магнітно-резонансна томографія – ще один прийом візуалізації в медицині, який відрізняється контрастним зображенням м'яких тканин тіла, ніж КТ. Тому МРТ використовують для сканування мозку, опорно-рухового апарату, серцево-судинної системи, пошуку онкології. Ці методики дозволяють отримати об'ємні воксельні моделі, які можна візуалізувати, змінювати та перетворювати на традиційну 3D-поверхню використовуючи алгоритми екстракції із поверхні.
Безконтактні сканери, що використовують пасивні методи реєстрації (без підсвічування)
Переваги та недоліки різних типів сканерів