Das Streifenlichtscanning ist neben dem Laserscanning ein 3D-Scan-Verfahren, das es dem Benutzer ermöglicht, Objekte berührungslos und schonend zu digitalisieren und dreidimensional darzustellen. Die erfassten Oberflächeninformationen werden in Form von Punktwolken im universellen ASCII-Format dokumentiert.

Der StreifenlichtscannerBearbeiten

Bei einem 3D-Lichtschnittscanner mit codiertem Lichtansatz handelt es sich um ein System, mit dem Tiefenauflösungen und Messgenauigkeiten um 0,05 mm erreicht werden können. Um diese Genauigkeiten zu erreichen, greifen verschiedene Messprinzipien und Algorithmen wie das Triangulationsverfahren, das Lichtschnittverfahren, der codierte Lichtansatz, sowie das Phasenshiftverfahren ineinander. Der Scanner besteht aus einem Projektor und zwei Kameras, die auf einem Stativ montiert sind.

Das Verfahren des StreifenlichtscanningsBearbeiten

TriangulationsverfahrenBearbeiten

Bei dem aktiven Triangulationsverfahren stellen ein Projektor, ein durch den projizierten Lichtstrahl beleuchteter Oberflächenpunkt des Messobjekts und eine Kamera ein Dreieck dar. Projektor und Kamera bilden die Basis des Dreiecks. Kennt man die Basislänge und die Winkel zwischen den Lichtstrahlen und der Basis, kann man den Ort des Schnittpunktes in Bezug zur Basis berechnen.

LichtschnittverfahrenBearbeiten

Beim Lichtschnittverfahren wird ein ebenes Lichtbündel auf das zu messende Objekt projiziert. Dieses Lichtbündel erzeugt eine helle Linie auf dem Objekt. Aus der Blickrichtung des Projektors ist diese Linie exakt gerade. Aus der seitlichen Sicht der Video-Kamera sieht man sie nach dem Prinzip des stereoskopischen Sehens durch die Objektgeometrie deformiert. Die Abweichung von der Geradheit im Kamerabild ist ein Maß für die Objekthöhe.

Codierter LichtansatzBearbeiten

Projiziert man gleichzeitig viele parallele Linien, also ein Liniengitter, so wirkt jede Hell-Dunkel-Kante wie ein Lichtschnitt. Bei jedem Bild werden die Projektionslinien individuell hell oder dunkel geschaltet, so dass die Hell-Dunkel-Folge für jede Linie eindeutig ist. Betrachtet man ein einzelnes Bildelement in der Kamera, so „sieht“ dieses Bildelement eine eindeutige Hell-Dunkel-Folge, die sich über eine Tabelle eindeutig genau derjenigen Projektionslinie zuordnen lässt, die das Oberflächenelement beleuchtete.

PhasenshiftverfahrenBearbeiten

Bei kleinen Höhenänderungen verschiebt sich eine Hell-Dunkel-Kante im Kamerabild nur um Bruchteile einer Gitterperiode. Weist das Projektionsgitter eine sinusförmige Helligkeitsmodulation auf, so signalisiert ein Bildelement in der Kamera eine sinusförmige Änderung. Verschiebt man das Projektionsgitter im Projektor um eine Viertelperiode, so wird das Bildelement nun eine kosinusförmige Abhängigkeit von der Objekthöhe ausgeben. Der Quotient aus beiden Signalen entspricht somit dem Tangens der durch die Höhenänderung bewirkten Verschiebung. Mit einer Tabellenoperation kann daraus der Arkustangens gebildet werden. Dieser stellt als Winkel- bzw. Phaseninformation die Verschiebung in Bruchteilen der Gitterperiode dar.

Anwendungsbeispiele in der Archäologie, Denkmalpflege und IndustrieBearbeiten

  • berührungslose und objektschonende 3D-Sicherungsdokumentation von Kunst- und Kulturgütern[1]
  • Qualitätskontrolle von Maschinenbauteilen[2]
  • virtuelle Rekonstruktion von zerstörten Objekten[3]
  • Sichtbarmachung von schwer lesbaren Inschriften[4]
  • Animation von Sachverhalten[5]
  • Reproduktion bzw. Erstellung von physischen Kopien mittels Rapid Prototyping Verfahren[6]
  • Fertigung von Museumsrepliken[7]

LiteraturBearbeiten

  • Wichmann Herbert: Photogrammetrie – Laserscanning – Optische 3D-Messtechnik: Beiträge der Oldenburger 3D-Tage 2006
  • Verfahren zur optischen 3D-Vermessung spiegelnder Oberflächen: KIT Scientific Publishing (29. Januar 2008)

EinzelnachweiseBearbeiten

  1. Sicherung des Weltkulturerbes: 3D-Scannen statt Zeichnen
  2. Trigonart: 3D-Scan Reverse Engineering U-Boot
  3. Pressemitteilung WS: Virtuelle Rekonstruktion und Animation der Hathorkapelle
  4. Inschrift aus Gisela-Grab entziffert, Meldung vom 7. November 2016, abgerufen am 15. November 2016
  5. L.I.S.A. - Das Wissenschaftsportal der Gerda Henkel Stiftung: 3D-Scannen statt Zeichnen
  6. 3Druck.com: Antike aus der Retorte: Detailgetreues Tempelmodell aus dem 3D-Drucker
  7. Archäologie Online: Das neue Abbild der Schönen