2019 年 6 月出版

科儀新知 第 219 期

3D成像與成型技術專題

3D影像掃描技術與其在室內定位的相關應用 [ HTML 全文 ] [ 下載 PDF ]

孫慶成

在新興的 IT 科技中,室內 3D 空間資訊的取得極為重要,其應用也相當廣泛。在本文中,我們介紹了三種最重要的光學掃描技術,包括結構光、ToF 與立體影像測距法,並分析了這些方法的優卻點。最後,本文介紹了中央大學CIVIS 團隊在 3D 掃描的技術發展,包括自動掃描載具與點雲的處理技術。希望本文能提供給有志於相關技術的同好或先進一個參考。


應用於三維感測的垂直共振腔面射型雷射陣列 [ HTML 全文 ] [ 下載 PDF ]

許晉瑋

在本文中我們對垂直共振腔面射型雷射陣列在三維感測,其姿勢監測的應用做一簡單的回顧。我們也對此種元件和其主要的競爭對手:側面發射的高功率分佈式回饋的雷射,就其工作原理和特性表現做一分析比較。除此之外,我們也對同調和非同調的雷射陣列做了介紹。文章的最後也闡明了我們研發團隊所開發的鋅擴散和氧化掏離技術,並展示了利用此種技術所製造的高性能近同調垂直共振腔面射型雷射陣列。


結構光三維成像及其編碼技術 [ HTML 全文 ] [ 下載 PDF ]

劉治中, 周錫珉

近年行動及自動裝置要求較高精度的環境識別及定位,傳統的二維影像偵測方式不符需求,需要利用三維量測得到較高的精度及準確度,在各種三維量測技術中,非接觸式的光學量測是最常應用技術,在光學量測技術中,結構光量測三維資訊在成本、資料穩健性及精度上較適合一般行動裝置,近年來在許多消費性產品採用,本文先介紹幾種常用光學立體量測技術,然後說明結構光成像的原理,及影響結構光成像效率與精度的編碼技術,供讀者瞭解結構光成像的關鍵技術。


使用二維彩色圖像修補紅外線深度圖像 [ HTML 全文 ] [ 下載 PDF ]

余業緯, 王祖鎧

現今流行的深度成像方法包括結構光 (structure light)、飛行時間 (time of light) 和視差立體圖像 (stereoscopic image)。由於任何點雲檢測方法皆可能產生深度資訊遺失, 因此有必要發展深度影像修補方法。由於現今三維彩色圖像的採集皆採用二維彩色圖像與深度圖像相結合,因此, 我們提出了一種使用二維彩色圖像修補紅外線深度圖像之修補程序,並提出使用迭代低通擴張法進行深度資訊修補,具有通用且簡單之特性。我們在實驗中產生較強的紅外雜訊來破壞部分深度圖像,然後利用新提出之方法成功地對深度圖像進行了修補。本研究亦建立模擬分析流程,證明了迭代低通擴張法具有極好的準確度和精確度。


條紋投影技術於三維形貌、移動速度、與三維形變量量測的應用 [ HTML 全文 ] [ 下載 PDF ]

蘇威宏, 羅毓恆

利用條紋投影 (fringe projection) 技術進行物體表面的三維形貌量測,是十分普遍的作法,本文除了介紹其量測原理,亦藉由公式推導,證明此技術亦可進行待測物各局部區域的三維速度、及三維形變量量測,甚至與形變有關的量測,例如三維熱膨脹系數、物表溫度分佈、表面駐波的分佈等,都可透過這項技術完成。在目前眾多形貌檢測技術中,是唯一一種僅由一張擷取影像,即可達到上述多項功能的光學檢測技術。


語意閉環檢測 [ HTML 全文 ] [ 下載 PDF ]

楊哲宇, 張育晟, 陳毓琇, 黃志煒

同時定位與地圖建置 (simultaneous localization and mapping, SLAM) 演算法,是利用移動中的光學感測器取得 3D 環境資訊的核心技術之一,廣泛應用在自動駕駛車、自走車 (automated guided vehicles, AGV)、和家用機器等。有時候,SLAM 演算法的效益很大程度上依賴於光學設備,像是相機、LIDAR 等,取決於輸入的信號品質。而在 SLAM 演算法中的其中一個步驟為閉環檢測,這個步驟為的是要檢測機器人是否到達曾經到過的位置,進而消除在建立地圖時所累積的誤差,成為 SLAM 中的重要步驟。一般藉由幾何特徵描述來判斷照片裡的場景是否為相似,但是有時候在接近相同的場景時,幾何特徵的方法仍然沒有效。因此,我們可以將物件辨識以及時間-空間序列這兩個特徵去做比較,並把它們整合到 SLAM 的流程中,可以呈現更準確的 3D 空間資訊。在這篇文章當中,首先我們會提供 SLAM 的概述,再來是介紹物件辨識和時間-空間序列的比較方法,這兩個方法為的是在 SLAM 中更可以比較照片中所出現的場景是否相似,經由辨識物件像是地標或標誌甚至是物件,我們可以更好的分類相似的場景,並且改善室內 3D 建圖的結果。


光學掃瞄全像之三維顯影技術 [ HTML 全文 ] [ 下載 PDF ]

劉榮平, 溫宣瑄

光學掃描全像術為一種基於外差干涉、二維掃描與單畫素擷取的數位全像攝影技術。光學掃描全像術具有一些傳統數位全像術所沒有的特點,包括可拍攝非同調全像、光瞳調控全像、融合全像、以及傾斜式全像等。在本文中我們將介紹光學掃描全像術的原理以及幾個重要的特點,並且將介紹光學掃描全像術在三維顯影方面的相關技術。
 


多層全像非軸向掃描狹縫共軛焦螢光顯微鏡 [ HTML 全文 ] [ 下載 PDF ]

吳祚華, 王鴻鈞, 賈澤民, 駱遠

本研究提出了一種非軸向掃描多焦平面共軛焦顯微鏡系統,結合了多層體積全像光柵和狹縫陣列檢測,可同時擷取不同深度的光學切片影像。顯微鏡系統中配置多層體積全像光柵,於樣本內的兩個或多個焦平面中選擇性地產生軸向焦點,然後使用共焦狹縫孔徑同時將多個平面成像到 CCD 的感測區域。本文說明了系統設計、實施方法和實驗數據,證明了這種顯微鏡系統不需利用任何軸向掃描裝置即能夠獲得螢光標記的標準微球和組織樣本的光學切片多焦平面影像。
 


3D成型技術之介紹與應用 [ HTML 全文 ] [ 下載 PDF ]

沈育芳, 謝明佑, 陳怡文

隨著 3D 列印技術的日新月異,使得列印物件的精度與結構強度不斷提升,進而有更廣泛的應用。其主要應用領域除了消費產品產業、工業機械領域、汽車產業、航太業、教育產業外,在醫學上亦有實際的應用。本文將詳細介紹 3D 列印發展現況、3D 列印流程、3D 掃描成像技術與原理、多種 3D 列印技術成型方法與原理,以及 3D 列印技術在醫學上的實際應用。