Shining 3D Tech Co., Ltd

Von Alltagsgeräten zur 3D-Datenerfassung

Bei der 3D-Datenerfassung werden Form, Tiefe oder räumliche Position realer Objekte und Umgebungen gemessen und diese Informationen in digitale 3D-Daten umgewandelt.

Je nach Technologie und Anwendung kann die Ausgabe Folgendes umfassen:

• Eine Punktwolke mit Millionen gemessener 3D-Punkte

• Ein 3D-Netz, das die Oberfläche eines Objekts darstellt

• Eine Tiefenkarte, die den Abstand zwischen einem Sensor und einer Szene erfasst

• Ein digitales 3D-Modell, das zur Visualisierung, Inspektion, Konstruktion oder Analyse verwendet wird

Viele Menschen begegnen 3D-Erfassungstechnologie, ohne es zu bemerken. Einige Smartphones nutzen Tiefensensortechnologien zur Unterstützung der Gesichtserkennung oder Augmented Reality. Professionelle 3D-Scanner erfassen detaillierte Objektgeometrien für Reverse Engineering und Qualitätsinspektion. LiDAR-Systeme können große Umgebungen messen und Fahrzeugen, Robotern und Kartierungssystemen helfen, den Raum um sie herum zu verstehen.

Auch wenn diese Systeme sehr unterschiedlich aussehen mögen, verfolgen sie doch ein gemeinsames Ziel:

Physische Objekte und Umgebungen in nutzbare digitale 3D-Daten umzuwandeln.

Wie Strukturlicht 3D-Daten erfasst

Wie funktioniert Strukturlicht?

Beim 3D-Scanning mit Strukturlicht wird ein bekanntes Lichtmuster auf ein Objekt projiziert und analysiert, wie sich dieses Muster über die Oberfläche des Objekts hinweg verändert.

Der Vorgang umfasst im Allgemeinen vier Schritte:

1. Ein Projektor projiziert ein bekanntes Lichtmuster auf das Objekt.

2. Das Muster erscheint verzerrt oder deformiert, da es den Formveränderungen des Objekts folgt.

3. Eine oder mehrere Kameras erfassen das verzerrte Muster.

4. Eine Software vergleicht das projizierte Muster mit dem aufgenommenen Muster und berechnet die 3D-Position der Punkte auf der Oberfläche.

Mit anderen Worten: Ein Strukturlicht-System nimmt nicht einfach nur ein Bild eines Objekts auf. Es nutzt die Art und Weise, wie sich ein bekanntes Lichtmuster über die Oberfläche hinweg verändert, um die dreidimensionale Geometrie des Objekts zu rekonstruieren.

Sie sich das folgende Video an, um mehr darüber zu erfahren, wie Strukturlicht das 3D-Scannen ermöglicht.

Strukturlicht in Smartphones

Einige Smartphones nutzen infrarotes Strukturlicht, um dreidimensionale Informationen über das Gesicht eines Nutzers zu erfassen. Ein Infrarotprojektor projiziert ein Muster auf das Gesicht, während eine Infrarotkamera beobachtet, wie das Muster reflektiert und verzerrt wird. Die daraus gewonnenen Tiefeninformationen können dem Gerät helfen, die Gesichtsgeometrie zu erkennen und eine sichere Gesichtserkennung zu ermöglichen.

Es ist wichtig zu beachten, dass nicht alle Smartphones dieselbe Technologie für die Gesichtserkennung verwenden. Je nach Gerät kann die Gesichtsauthentifizierung auf infrarotem Strukturlicht, anderen Tiefenerfassungsmethoden oder kamerabasierter Bildanalyse beruhen.

Strukturlicht im professionellen 3D-Scanning

Das gleiche allgemeine Prinzip wird auch in vielen professionellen 3D-Scantechnologien verwendet. Ein professioneller 3D-Scanner mit Strukturlicht kann detaillierte Oberflächengeometrien für Anwendungen wie die folgenden erfassen:

• Reverse Engineering

• Dimensionsprüfung

• Qualitätskontrolle

• Produktentwicklung

• Digitale Archivierung

• Erhaltung des kulturellen Erbes.

So lässt sich beispielsweise ein gescanntes Industriebauteil in ein digitales 3D-Modell umwandeln und mit dem ursprünglichen CAD-Entwurf vergleichen. Ingenieure können die daraus gewonnenen Daten nutzen, um Abweichungen zu erkennen, die Fertigungsqualität zu bewerten oder die Neukonstruktion und Nachfertigung zu unterstützen.

Wann ist Strukturlicht eine gute Wahl?

Strukturlicht ist oft eine gute Wahl, wenn es darum geht, je nach Anwendungszweck detaillierte 3D-Geometrie zu erfassen. Es wird zwar häufig für kleine bis mittelgroße Objekte eingesetzt, kann aber auch bei größeren Objekten oder Szenen zum Einsatz kommen, wenn innerhalb eines definierten Scan-Workflows hochdetaillierte Oberflächeninformationen benötigt werden.

Es kann besonders geeignet sein, wenn Sie Folgendes benötigen:

• Feine Oberflächendetails und umfangreiche geometrische Informationen

• Hochauflösende 3D-Daten für die Analyse oder Visualisierung

• Genaue Maßangaben für Vergleiche oder Messungen

• Daten für die Prüfung, das Reverse Engineering oder die digitale Archivierung

• Detaillierte Informationen auf Objektebene innerhalb einer größeren Umgebung

Wie LiDAR 3D-Daten erfasst

Wie funktioniert LiDAR?

LiDAR, kurz für „Light Detection and Ranging“, misst Entfernungen mithilfe von Laserlicht. Ein LiDAR-System sendet Laserimpulse in Richtung eines Ziels und misst, wie lange es dauert, bis das reflektierte Licht zum Sensor zurückkehrt. Da die Lichtgeschwindigkeit bekannt ist, kann das System anhand dieser Zeitangaben die Entfernung berechnen. Der grundlegende Ablauf ist wie folgt:

1. Der LiDAR-Sensor sendet Laserimpulse aus.

2. Die Impulse breiten sich in Richtung von Objekten oder Oberflächen aus.

3. Das reflektierte Licht kehrt zum Sensor zurück.

4. Das System misst die Laufzeit.

5. Es werden Entfernungswerte berechnet und in räumliche 3D-Daten umgewandelt.

Durch die Wiederholung dieses Vorgangs in viele verschiedene Richtungen kann LiDAR eine 3D-Punktwolke erzeugen, die die Umgebung abbildet. Dadurch eignet sich LiDAR besonders gut zur Vermessung großer Räume und zum Verständnis der räumlichen Beziehungen zwischen Objekten.

LiDAR in Smartphones

Einige Smartphones verfügen über integrierte LiDAR-Sensoren, die Tiefen über relativ kurze Entfernungen messen können.

Smartphone-LiDAR ist für den kompakten, mobilen Einsatz konzipiert. Seine Reichweite und Leistung unterscheiden sich von denen größerer professioneller LiDAR-Systeme, die für Kartierung, Vermessung oder autonome Navigation eingesetzt werden.

LiDAR im größeren Maßstab

Das gleiche Grundprinzip lässt sich auf wesentlich größere Systeme ausweiten. Professionelle LiDAR-Technologien finden breite Anwendung in:

• Autonomen Fahrzeugen

• Robotik

• Mobiler Kartierung

• Vermessung

• Architektur und Bauwesen

• Infrastrukturdokumentation

• Umgebungskartierung

Beispielsweise kann ein fahrzeugmontiertes LiDAR-System Straßen, Gebäude, Vegetation und andere Merkmale der Umgebung erfassen. Ein Roboter kann LiDAR-Daten nutzen, um Hindernisse zu erkennen und den Raum um sich herum zu erfassen. LiDAR ist nicht auf eine Branche beschränkt. Sein Nutzen liegt in der Fähigkeit, Entfernungen zu messen und großflächige räumliche Datensätze effizient zu erstellen.

Wann ist LiDAR eine gute Wahl?

LiDAR eignet sich oft besonders gut für Anwendungen, die eine große Abdeckung oder räumliche Messungen über große Entfernungen erfordern. Es kann eine gute Wahl sein, wenn Sie Folgendes benötigen:

• Großflächige 3D-Daten

• Tiefenmessungen über große Entfernungen

• Erfassung von Räumen, Gebäuden oder Straßenebenen

• Umweltkartierung

• Räumliches Bewusstsein

• Navigation oder autonome Wahrnehmung

Strukturlicht vs. LiDAR: Was ist der Unterschied?

Beide Technologien können 3D-Daten erfassen, verwenden jedoch unterschiedliche Messprinzipien und sind oft für unterschiedliche Aufgaben optimiert.

Der größte Unterschied besteht nicht einfach darin, dass eine Technologie „genauer“ ist als die andere. Vielmehr sind sie im Allgemeinen darauf ausgelegt, unterschiedliche Messanforderungen zu erfüllen:

Strukturlicht ist oft darauf optimiert, die detaillierte Geometrie von Objekten zu erfassen, während LiDAR häufig für die Entfernungsmessung und die Erfassung größerer räumlicher Umgebungen optimiert ist.

Kombination von großmaßstäblichen LiDAR-Daten mit detaillierten 3D-Scans

Strukturlicht eignet sich hervorragend zur Erfassung hochdetaillierter Objektgeometrien, während LiDAR für die Vermessung großer Umgebungen optimiert ist.

LiDAR erfasst große Umgebungen gut, lässt jedoch oft feine Objektdetails vermissen. 3D-Scanning kann diese Lücke schließen, indem es hochauflösende Geometriedaten für bestimmte Objekte hinzufügt. Zusammen bieten sie:

• LiDAR: den räumlichen Gesamtkontext

• 3D-Scanning: detaillierte Objektgeometrie

• Kombiniertes Ergebnis: einen vollständigeren 3D-Datensatz

Hinzufügen detaillierter 3D-Geometrie mit EinScan Libre

Der EinScan Libre von SHINING 3D ist ein kabelloser, eigenständiger 3D-Scanner, der für flexible 3D-Erfassung entwickelt wurde. Je nach Scanmodus und Arbeitsablauf kann er Objekte von kleinen Teilen bis hin zu großen Strukturen erfassen.

EinScan Libre unterstützt zudem den Export von Scandaten in Formaten wie LAS, einem weit verbreiteten Punktwolkenformat für großmaßstäbliche und georeferenzierte Datensätze. Durch den Export detaillierter Scandaten im LAS-Format können Nutzer diese in kompatible Punktwolken-Software importieren und mit LiDAR-Datensätzen kombinieren.

Dieser Arbeitsablauf ermöglicht es, sowohl den durch LiDAR erfassten größeren räumlichen Kontext als auch die durch den 3D-Scan erfasste detaillierte Geometrie zu erhalten.

Um mehr über LAS und andere gängige 3D-Dateiformate zu erfahren, lesen Sie unseren Leitfaden „3D-Dateiformate verstehen: Ein kompletter Leitfaden für Designer, Ingenieure und 3D-Enthusiasten“

Beispiele aus der Praxis

Vom Gesamtbild bis ins Detail: 3D-Scannen historischer Architektur

Bei einem Projekt zur Denkmalpflege wurde großflächiges LiDAR-Scanning eingesetzt, um den Gesamtgrundriss eines 745 m² großen traditionellen Hofhauses zu erfassen, während der EinScan Libre die feinen Details der aufwendigen Holzschnitzereien dokumentierte. Zusammen bildeten die Datensätze eine umfassende digitale Dokumentation zur Unterstützung von Restaurierung, Forschung und Denkmalpflege.

Großflächiges und detailgenaues 3D-Scannen für Vermessung und Kartierung

Ein weiterer Arbeitsablauf kombiniert großmaßstäbliches LiDAR-Scanning mit dem EinScan Libre, um sowohl weitläufige Umgebungen als auch komplexe Details zu erfassen. Der integrierte Ansatz ermöglicht eine effiziente und umfassende 3D-Datenerfassung für Anwendungen wie Vermessung, Kartierung und Bauwesen.

Fazit

Strukturlicht und LiDAR sind keine konkurrierenden Technologien, die sich gegenseitig ersetzen müssten. Sie sind für unterschiedliche Messanforderungen optimiert: Strukturlicht für detaillierte Objektgeometrie, LiDAR für großmaßstäbliche räumliche Erfassung. In der Praxis lässt sich die Stärke beider Ansätze kombinieren – über offene Punktwolkenformate wie LAS und Workflows, die den räumlichen Gesamtkontext von LiDAR mit der Detailtiefe des 3D-Scannings zusammenführen. Für Hersteller und Ingenieure, die sowohl große Umgebungen als auch feine Objektgeometrien erfassen müssen, bietet dieser kombinierte Ansatz einen vollständigeren 3D-Datensatz als jede Technologie für sich allein.

Kontakt

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