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Es gibt viele Möglichkeiten, Objekte in 3D zu scannen. Die beste Methode hängt in der Regel von Ihrem Budget und dem zu scannenden Objekt ab.
3D-Scanner nutzen typischerweise eine von drei Methoden:
Infrarotscanner verwenden Infrarotlicht oder „strukturiertes Licht“, um Objekte zu scannen. Die Kamera erkennt die Verzerrung des Lichts, das auf die Oberfläche eines Objekts trifft, um die Abmessungen des Objekts zu bestimmen.
Die Photogrammetrie nutzt Fotos zur Triangulation von Distanz und Tiefe und nutzt diese Daten zur Erstellung von 3D-Scans. Die Qualität hängt vom verwendeten Foto und der verwendeten Kamera ab.
Lidar reflektiert Laserlicht von Objekten, um Entfernung und Tiefe zu messen und einen 3D-Scan zu erstellen.
In diesem Artikel konzentrieren wir uns auf das Lidar-3D-Scannen, verstehen seine Funktionsweise, einen Vergleich mit den anderen beiden Haupttechnologien, Anwendungsbereiche und einige Fallstudien.
Funktionsprinzip
LiDAR funktioniert grundsätzlich nach dem gleichen Prinzip wie Radar, mit dem Hauptunterschied, dass LiDAR einen Laserstrahl anstelle einer Mikrowellenenergiequelle verwendet. Die Lichtgeschwindigkeit ist eine bekannte Konstante, sodass der Abstand zwischen dem Sensor und dem Objekt anhand der Zeit gemessen werden kann, die ein Laserimpuls benötigt, um vom Objekt abzuprallen und vom Lidar-Sensor empfangen zu werden. Dadurch kann Lidar als „Entfernungsmesser“ verwendet werden, um die Höhe oder die Oberflächengeometrie mit sehr detaillierten Informationen zu bestimmen.
Lidar und Infrarot
Infrarotscanner sind weit verbreitet und relativ günstig, aber im Gegensatz zu Lidar eignen sie sich nicht gut für große Flächen oder Strukturen. Kosten und Genauigkeit sind die wichtigsten Faktoren, die bei der Auswahl des zu verwendenden Scanners berücksichtigt werden müssen.
Obwohl man den Stuhl technisch gesehen mit einem teuren Lidar-System scannen könnte, wäre das für ein Projekt wie dieses weder praktikabel noch notwendig. LiDAR ist sehr teuer und genau und eignet sich besser zum Scannen großer Flächen oder Strukturen, wie zum Beispiel Gebäude.
Lidar und Photogrammetrie
Bei der Photogrammetrie werden mehrere Fotos zur Triangulation von Punkten verwendet, um einen präziseren Scan als bei Infrarot zu erzeugen, der jedoch immer noch nicht so präzise ist wie Lidar.
Die Photogrammetrie ist eine tolle Option, wenn Sie bereits über eine hochauflösende Kameraausrüstung verfügen oder nicht die zusätzliche Leistung und die Kosten eines Lidar-Systems benötigen. Wenn Ihr Projekt das Scannen mehrerer Kilometer Fläche oder großer Gebäude umfasst, sollten Sie LiDAR dennoch in Betracht ziehen.
Praktische Anwendung
LiDAR wird typischerweise zur Landvermessung und für Nischenanwendungen eingesetzt, kann aber auch zum Scannen von Flächen und Strukturen für den 3D-Druck verwendet werden. Obwohl Lidar am genauesten ist, ist es auch sehr teuer, sodass Unternehmen, die Lidar-Technologie anbieten, oft keine Preise auf ihren Werbematerialien und Websites angeben.
Für kleine Projekte oder Projekte mit geringem Budget ist Lidar aus Kostengründen einfach nicht praktikabel. Trotz Kostenbedenken bleibt LiDAR die bevorzugte Wahl für Großprojekte wie die Kartierung von Überschwemmungsgebieten und Gebäuden. Es kann auch zur Lösung von Nischenanforderungen im Bereich 3D-Scanning eingesetzt werden, beispielsweise für „selbstfahrende“ Autos und Roboter.
Fallstudie: Astronomie und Weltraumforschung
Bereits 1971 startete die NASA als ersten Schritt der Mondlandemission Apollo 15 eine Saturn-V-Rakete. Dies ist die erste Mission, bei der Lidar-Technologie zum Einsatz kommt.
Lidar wurde verwendet, um die Mondoberfläche aus der Umlaufbahn mit einem Detaillierungsgrad abzubilden, der von anderen Instrumenten nicht erreicht wird. Lidar wurde auch verwendet, um die Topographie der Mars- und Erdoberfläche abzubilden und um Entfernungen zwischen Planeten zu messen, beispielsweise die Entfernung von der Erde zum Mars.
Fallstudie: Umweltschutz und Erforschung
Lidar wurde verwendet, um Schäden durch den Brand im El Dorado National Forest in Kalifornien im Jahr 2014 zu ermitteln. Dies hilft, Fragen zur Schwere und zum Umfang des Schadens effizient und genau zu beantworten. Da Lidar auf diese Weise große Gebiete kartieren kann, hilft es uns, unsere Umgebung zu verstehen.
Mithilfe von Lidar kann beispielsweise ermittelt werden, welche Gebiete künftig voraussichtlich von Katastrophen wie Überschwemmungen betroffen sein werden. Wie bei King’s Fire kann es auch dazu verwendet werden, den Schaden nach einer Naturkatastrophe einzuschätzen und zu bestimmen, worauf sich die Wiederherstellungsbemühungen konzentrieren sollten. Lidar kann nicht nur zur Kartierung von Städten verwendet werden, sondern auch zum Auffinden verlorener Städte, indem Strukturen unter dem dichten Wald-/Dschungeldach aufgespürt werden. Ein Projekt hat in Mexiko eine verlorene Stadt mit so vielen Gebäuden wie Manhattan entdeckt!
