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工業技術研究院

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工業技術與資訊月刊

297期2016年07月號

出版日期:2016/07/15

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無線行動3D掃描器 讓智慧生活更美好

撰文/陳玉鳳 攝影/李庭歡

工研院日前頒發工研院菁英傑出研究獎及產業化貢獻獎,其中,「無線行動 3D 掃描器」獲得菁英傑出研究獎金牌,這項成果代表工研院在3D掃描技術上的精進,充份展現工研院在智慧生活應用領域所擁有的創新能量。

在過去,3D立體模型的繪製並不容易,通常是要交由專業人士花費大量時間才能完成,現在,3D掃描器的出現降低了這個門檻,而工研院電子與光電系統研究所研發成功的無線行動3D掃描器,更是徹底顛覆了立體掃描方式。

在投入開發之前,工研院電光系統所曾進行數個月的調查,結果發現市面上的手持式3D掃描器除了電源線之外、還需要一條連接到電腦的線,當使用者拿著3D掃描器圍繞物體掃描時,一不小心腳就會被線絆到,而且使用者在掃描時,不但要一邊看著被掃描的物體,還要頻頻回頭查看電腦螢幕所顯示的掃描結果是否正確,加上3D掃描器的重量至少有一公斤,掃描一段時間後,就會感到脖子和手都很痠。因為觀察到3D列印產業帶動3D掃描的強烈需求,而且智慧手持裝置加裝3D掃描功能已漸成趨勢,工研院團隊決定鎖定掃描精度品質佳、體積小、重量輕,無線等研發方向,並於2015年年初正式投入開發。

自主開發關鍵技術 即時重建3D模型

「我們為了趕上六月的電腦展,延續之前開發手持式3D掃描器的經驗,在短短半年之內完成這款精緻小巧的無線行動3D掃描器,而且還榮獲當年度資訊月百大創新產品金質獎。」工研院電光系統所經理汪德美回憶著開發歷程。此次獲得金牌獎的「無線行動3D掃描器」,可說是全球首款專為Android智慧行動裝置設計的彩色3D掃描器,其中有多項技術已取得相關國內外專利。

工研院針對3D掃描所自主研發的的關鍵技術,包括使用亂點比對計算深度、設計特殊繞射光學元件進行定位校正,以及運用智慧手持裝置平行處理能力進行即時彩色3D模型重建等,汪德美並強調,「我們在系統整合及關鍵技術上有相當大的突破。」

透過上述技術,工研院的3D掃描器能藉由投射特定紅外線圖紋影像至被掃描物件,即時計算紅外線相機取得的物件影像,在移動掃描時完成取像與即時疊合成單一筆的3D數據,使被測物體經掃描後,可以快速重建完整且細緻的3D全彩模型。且由於是將彩色影像感測與紅外光深度感測整合於單一取像模組上,所以能有效減少體積及重量。

工研院電光所經理汪德美帶領團隊在短短半年內就研發出第一代3D掃描器,且榮獲當年度資訊月百大創新產品金質獎。
工研院電光所經理汪德美帶領團隊在短短半年內就研發出第一代3D掃描器,且榮獲當年度資訊月百大創新產品金質獎。

體積小、重量輕 完美結合智慧型手機

這款無線行動3D掃描器的重量不到300公克,透過即時影像疊合處理後,3D誤差低於0.5毫米。由於夠輕巧,機身約與一台五吋手機相當,汪德美指出,工研院電光所經理汪德美說明指出,「你只要透過手機或平板App,就能輕鬆掃描物品,完美呈現3D立體模型。」

行動機動性是此項成果的主要訴求之一,此產品可以單手持握、攜帶方便,尤其內建充電式鋰電池,不需外接電源。因為是採用無線傳輸技術,所以使用者只需在平板、手機或筆電上安裝應用程式,就能無線連接3D掃描器進行掃描,掃描過程中可在螢幕上立刻觀看正在重建的全彩3D模型,並隨時視使用者的需求來調整掃描位置及角度。

如此不僅能快速的做完3D掃描圖像,且能獲得精準數據,可協助各個應用領域節省大量時間,更能獲得最好的效果。例如,文創產業多是微型企業,通常沒有太多資金及人力進行繁瑣的3D立體模型繪製過程,有了行動無線3D掃描器,業者現在只要先製作一個成品,透過掃描器就能繪製完成模型,節省人力及時間資源。此技術的應用領域還包括個人化3D模型製作與列印、文物保存、個人化醫療、3D影像檢測及數位典藏等。

外型令人驚艷 產品完成度高

除了許多重要特性外,此款無線行動3D掃描器的外型也是頗值得讚賞,汪德美表示,「我們除了強化精度、掃描速度等規格外,也非常注重外型設計及手感等美學體驗。」
無線行動3D掃描器外型的曲線設計感,也是團隊費盡心思之作,「因為產品完成度極高,且外型時尚優雅,所以在電腦展展場上很多人都會直接詢問售價多少。」汪德美覺得這是對於團隊努力的極大肯定。

展望未來,汪德美認為現在智慧型手機面臨低價化危機,如何展現更高的附加價值是手機業者的當務之急,而3D掃描功能的整合是方向之一。接下來,工研院將嘗試和業者合作,將3D掃描功能進一步整合內建於手機,創造智慧型手機的另一波市場商機。

「無線行動3D掃描器」獲得金牌獎,是全球首款專為Android智慧行動裝置設計的彩色3D掃描器,掃描精度品質佳、體積小、重量輕。
「無線行動3D掃描器」獲得金牌獎,是全球首款專為Android智慧行動裝置設計的彩色3D掃描器,掃描精度品質佳、體積小、重量輕。

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