3D Scanning | Die Grundlagen
3D-Scanning ermöglicht eine völlig neue Art der Datenaufzeichnung. Je nach Einsatzgebiet finden unterschiedliche Techniken Anwendung. Mit ihnen können kleine Objekte detailreich vermessen, aber auch große Maschinen oder ganze Gebäude oder Landschaften erfasst werden. In dieser Serie gehen wir auf die Funktionsweisen, deren Vor- und Nachteile und Verwendungsmöglichkeiten ein.
Auf dem Boden liegt eine Leiche, während Kriminalpolizisten nach Spuren suchen, lichtet ein Fotograf den Tatort ab. Diese Szene dürfte jedem bekannt sein. Weil sie schon in den ersten Kriminalfilmen vorkommt, hat sie einen gewissen Charme und ist auch aus modernen Filmen nicht wegzudenken. Aber die Realität sieht anders aus. Moderne Ermittlungsmethoden erlauben eine wesentlich genauere Untersuchung, zum Beispiel im Bereich Ballistik. Tatorte können dreidimensional in bester Auflösung aufgenommen und Tathergänge bis ins kleinste Detail reproduziert werden. Möglich wird das unter anderem durch 3D-Scans. Auch wenn dieses Beispiel eine eher seltene Anwendung zeigt, verdeutlicht es die Vielseitigkeit der Technologie. Sie findet Einzug in Gebiete, die vorher niemand auf dem Schirm hatte.
Wie funktioniert ein 3D-Scanner?
3D-Scanner haben gewisse Ähnlichkeiten mit Kameras. Beide zeichnen Informationen in ihrem Sichtfeld auf. Während eine Kamera Farbinformationen sammelt, verarbeitet ein 3D-Scanner Informationen über die Abstände zu den Oberflächen im Sichtfeld. Aus den erhaltenen Abstandspunkten wird das gescannte Objekt rekonstruiert.
Je nach Anwendung werden 3D-Scanner stationär (hier spricht man von einem terrestrischen Scanner) oder mobil verwendet. Terrestrische Scanner machen besonders dann Sinn, wenn große Objekte erfasst werden und das Sichtfeld des Scanners nicht stark verändert werden muss. Handscanner zeichnen sich durch ihre Flexibilität aus, sind aber nicht praktikabel für große Objekte oder Geländeerfassung.
Es gibt verschiedene Möglichkeiten, die Abstandsdaten zu erhalten. Das Impulslaufzeitverfahren (auch Time-of-Flight, kurz ToF) arbeitet mit Laserlicht und einer Zeitmessung. Ein Lichtimpuls wird auf die zu bearbeitende Oberfläche gelenkt und die Dauer gemessen, bis das reflektierte Licht auf einem Detektor auftritt. Da die Lichtgeschwindigkeit bekannt ist, kann aus der Dauer der Abstand berechnet werden. Dieser Vorgang wird für jeden Punkt wiederholt. Diese Methode findet besonders da Anwendung, wo über große Entfernungen gemessen wird.
3D-Scanning mittels Triangulation ist ebenfalls möglich. Wie beim ToF-Scanning wird ein Punkt auf der Objektoberfläche angestrahlt. Eine Kamera zeichnet diesen beleuchteten Punkt auf. Durch eine Dreiecksanordnung von Lichtquelle, Lichtpunkt auf dem Objekt und Kamera kann durch die Position des Punktes im Kamerabild der Abstand bestimmt werden. Die Triangulation ist in den maximalen Entfernungen stark limitiert, dafür aber genauer als ToF-Scans. Außerdem hat sie den Vorteil, dass Weißlicht als Lichtquelle verwendet werden kann, was besonders im Hinblick auf Arbeitssicherheit relevant ist.
Im nächsten Artikel werden wir weiter darauf eingehen, welche Art des 3D-Scans für welche Anwendung Sinn ergibt und was man mit den gewonnenen Daten anfangen kann.
