Strukturlichtscanner

Strukturlichtscanner sind optische Messsysteme zur berührungslosen Erfassung dreidimensionaler Oberflächenstrukturen. Sie projizieren ein bekanntes Strukturmuster auf das Objekt und nehmen dessen Verzerrung mit einer oder mehreren Kameras auf.

Das Prinzip beruht auf Triangulation: Aus der Verzerrung des projizierten Musters und der Kalibrierung von Projektor und Kamera ergibt sich eine dichte Punktwolke der Oberflächenform. Unterschiedliche Musterarten, etwa Streifen mit Phasenverschiebung oder codierte Muster sowie Punktmuster, ermöglichen verschiedene Genauigkeiten und Robustheiten.

Aufbau und Kalibrierung: Typische Systeme bestehen aus einem Projektor und einer oder mehreren Kameras. Oft werden zusätzliche Halterungen oder Rotationsmechanismen verwendet, um mehrere Ansichten zu erfassen. Vor dem Scan erfolgt eine Kalibrierung der Sensoren und der räumlichen Beziehung zueinander.

Verfahrenstypen: Es gibt Single-shot-, mehrschuss- bzw. Phasenverschiebungs- sowie codierte Musterverfahren. Mehrere Ansichten oder Rotationen erhöhen die Abdeckung komplexer Geometrien und verbessern die Genauigkeit durch Multi-View-Registration.

Anwendungen: Strukturlichtscanner finden Einsatz in der reversen Ingenieurkunst, in der Kulturgüter-Erfassung, der Industrie- und Qualitätskontrolle, der Medizin, Architektur und Robotik sowie in der Forschung.

Vorteile und Einschränkungen: Die berührungslose Messung ermöglicht schnelle, hochauflösende 3D-Datenerfassung. Herausforderungen ergeben sich bei spiegelnden, transparenten oder dunklen Oberflächen, starkem Umgebungslicht, Occlusions und unregelmäßigen Oberflächenstrukturen. Die Genauigkeit hängt von Kalibrierung, Musterqualität, Objektgröße und Abstand ab und ist oft von der Scanstrategie abhängig.

Geschichte: Strukturierte Licht wurde in den 1980er- und 1990er-Jahren als Methode zur 3D-Erfassung entwickelt und hat sich seither mit fortschreitender Sensor- und Rechentechnik weiter verbreitet.