Blog

3D scannen basics: High-end scanning vs. low-end scanning

  |   Algemeen

De vorige blog maakte duidelijk dat 3D scannen op de eerste plaats een vak is. In deze blog kijken we naar het meetinstrument: de 3D scanner. Er bestaan nogal wat misverstanden over wat een goede 3D scanner is en wat high-end scanning inhoudt. De verwachtingen zijn torenhoog door verkoopbrochures en mooie plaatjes van pointclouds, maar ook 3D laserscanners hebben hun beperkingen – en niet iedereen die 3D scanning aanbiedt is daarvan voldoende op de hoogte.

Deze blog maakt onderdeel uit van de serie '3D scannen: de basics'. Om goede beslissingen te kunnen maken over de inzet van scantechniek, vinden wij dat je goede basisinformatie over 3D laserscanning absoluut nodig hebt.

Na het lezen van de onderstaande tekst heb je een goed beeld van hoe de 3D laserscanner zich verhoudt tot andere meetinstrumenten. Ook wordt duidelijk dat er verschillen kunnen zijn tussen 3D scanners onderling – 3D scannen is een containerbegrip.  Er zijn veel apparaten die 3D meten, maar niet de voordelen hebben van een high-end 3D laserscanner. Van mobiele 'zwabberstokken' en (nog steeds dure) low-end 3D scanners zijn de meetresultaten vaak niet nauwkeurig of volledig genoeg om de voordelen van 3D scanning waar te maken. Ze kunnen sommige soorten oppervlakken niet goed herkennen, of hebben maatafwijkingen van meerdere centimeters in plaats van millimeters.

"De vuistregel: goede data komt uit top-scanners. Deze scanners zijn helaas vaak groter, zwaarder en duurder. Een zware scanner is binnen hetzelfde toepassingsgebied over het algemeen de betere scanner, omdat deze meer hoogstaande techniek bevat voor een nauwkeurigere meting."

Het verschil tussen een disto, total station en 3D laserscanner

Een disto meet een afstand. Een total station meet afstand + hoek. Een scanner is een volautomatische, supersnelle total station, dat met soms wel 1 miljoen punten per seconde meet.

3Dinmeten_totalstation

De afbeelding hierboven laat een robotic total station zien. Dit is geen scanner.

Een scanner maakt dus meetpunten, net als een disto of total station, maar oneindig veel meer. Dit noemen we een pointcloud. Het verschil met de total station is dus niet de meettechniek, maar de compleetheid van het resultaat. Een 3D scan vangt de werkelijkheid in een pointcloud door elk zichtbaar meetpunt mee te nemen.

"Een scanner maakt dus meetpunten. Een verzameling van miljoenen van deze meetpunten noemen we een pointcloud."

Wat doet de scanner niet?

Het is erg belangrijk om te snappen wat scanning niet is!

3D scannen is een indrukwekkende techniek met enorm veel voordelen. Een 3D scan ziet er altijd prachtig uit, het lijkt wel een 3D model. Wat echter zeer belangrijk is voor succesvolle inzet van 3D scanning is begrijpen wat níet kan met 3D scannen:

  • Een scanner scant nergens doorheen
  • Een scanner maakt geen kant en klaar 3D model
  • Een scan kan niet omgezet worden naar IFC, DWG TXT etc.
  • Een scanner is geen fototoestel

"Een scan kan niet letterlijk direct omgezet worden naar een tekening of 3D model. Wel zijn er steeds meer automatiseringen die gebaseerd zijn op vorm- en vlakherkenning waardoor modelleren steeds sneller gaat. Delen van de pointcloud kunnen snel ‘vervangen worden’ door vlakken en objecten. Dit is echter vele stappen verwijderd van iets wat je een automatisch model kunt noemen."

3D scanning is een containerbegrip

Micron of kilometer? Phase-, pulse-, WDF- of witlicht-scanner?

Welke scanner heeft u nodig? Er zijn huis-tuin-keuken scanners en er is de high-end markt. Er zijn scanners met slechte externe camera’s en scanners met goede interne HDR-camera’s (en vice versa). Er zijn scanners die tot op de micron nauwkeurig scannen en er zijn scanners die op 6.000 meter afstand nog steeds zeer goede meetresultaten maken (echter dan wel met enkele centimeters afwijking).

3Dscanning containerbegrip - High-end scanning

Er zijn phase-, pulse-, WDF- en witlicht-scanners. Er zijn scanners waarbij de datakwaliteit regelbaar is, waardoor ook complexe materialen en kleuren zichtbaar zijn op de scan. Er zijn scanners van € 5.000,- en van € 350.000,-. Dit prijsverschil is er met een goede reden.

Elke 3D scanner heeft specifieke toepassingen.

3D scanning kent vele toepassingen, in diverse sectoren, en er komen steeds meer betaalbare 3D scanners op de markt. Geen enkele scanner kan alles, zelfs niet de allerduurste 3D scanner. Wat wel geldt, is dat een duurdere, zwaardere high-end scanner voor dezelfde toepassing betere data levert. Betere data is niet altijd nodig, maar veel slimme automatisering werken alleen met hoge kwaliteit data. Het is belangrijk vooraf te bepalen wat het gewenste product is, want data kan achteraf niet verbeterd worden.

"Scanning = combinatie van instrumenten. In de praktijk bestaat de beste meting vaak uit een combinatie van verschillende technieken, die elk gebruik maken van hun eigen sterke punten. Het gaat dan om een combinatie van bijvoorbeeld total station, lasertracking, GPS, fotogrammetrie en laserscanning."

Verschillende projecten, verschillende scanners

Ken je een auto die alles kan? Verhuizen, op ruw terrein rijden, racen, kamperen, 60 mensen vervoeren en speciaal zwaartransport?

Niet iedere scanner kan alles, maar sommige scanners zijn veelzijdiger dan anderen. Wil je een vluchtplan maken? Of plattegronden voor eenvoudig facilitair werk? Dan heb je aan een simpele scanner voldoende. Misschien kun je zelfs wel met een mobiele- of handscanner werken. Projecten in de bouw vereisen vaak een zware terrestrial scanner voor voldoende nauwkeurigheid. Voor de vervormingsanalyse van de roerwerken van een industriële reactor kan maar beter de combinatie van een zware structured light scanner met fotogrammetrie uit de kast worden getrokken. Factoren die de keuze van een scanner bepalen:

  • Het product (wat ga je maken?)
  • Maataccuratie en resolutie
  • Materiaal-eigenschappen object
  • Omstandigheden (binnen, buiten, stabiele situatie?)
  • Afstanden en hoek van aanmeting

3Dscanner_riegl_VZ6000_1

De scanner in de afbeelding hierboven is speciaal gemaakt voor mijnbouw en het scannen van landschapsvormen op zeer grote afstanden tot 6000 meter, onder barre omstandigheden.

High-end scanning vs. low-end-scanners

Is er verschil tussen scanners van € 5.000 en € 350.000?

De komst van betaalbare 3D scanners zorgt er voor dat steeds meer partijen 3D scanners gebruiken of aanbieden als een service. Deze populariteit is positief, maar heeft ook enkele nadelen. Omdat de expertise rondom 3D scanning op het moment van aanschaf laag is, wordt de beslissing vaak op prijs gemaakt. Niemand wil teveel geld uitgeven, maar in de praktijk blijkt goedkoop meestal duurkoop. Het geld is dan echter al uitgegeven, dus probeert men er zo goed als het kan mee te werken. De afnemers van deze service weten dat echter niet.

Leica P40 3D scanner voor de Gruyterfabriek

In de afbeelding hierboven is een sterke en snelle WFD scanner te zien.

3D scanners die geen scanners zijn

Maakt een apparaat meer dan 10 meetpunten per ruimte? Dan wordt het tegenwoordig al meteen scanning genoemd. Een disto op een roterend statief maakt nog geen scanner. Wij zijn van mening dat dit eerder in de categorie puntmetingen valt, dan 3D scanning. Het is wel 3D, maar mist alle voordelen van een volledige geometrisch correcte weergave in miljoenen punten. Pointclouds kunnen ook gerealiseerd worden vanuit fotogrammetrie en total stations, maar dat maakt het nog geen scanning. Wanneer je de data van deze technieken analyseert, blijkt het resultaat of eindproduct van de alle individuele meetpunten niet de accuratie of volledigheid te hebben die 3D scanning zo waardevol maakt.

Mobiele scanners zijn vaak low-end scanners

Het bewegen van een scanner is nooit een goed begin. Mobiele scansystemen zoals de 'zwabberstokken', die je bijvoorbeeld in de hand houdt, leveren pointclouds van mindere kwaliteit vergeleken met stabiele terrestrial scansystemen op statief. Dat is logisch, omdat de techniek in de bewegende scanner nooit is staat kan zijn een betere correctie te maken dan een apparaat dat al stil staat. De pointclouds van deze apparaten zijn vaak erg wollig en hebben veel ruis; de puntdichtheid is variabel en de pointcloudsandwich varieert in dikte waardoor er geen strakke betrouwbare pointcloud ontstaat. Dit maakt de pointcloud meestal alleen waardevol voor visualisaties, eenvoudige plattegronden en zeer algemene maatvoering zoals volumebepaling.

Grote verschillen in datakwaliteiten

We merken grote verschillen in datakwaliteit tussen de duurdere high-end 3D scanners en nog steeds relatief dure low-end 3D scanners. Het verschil in kwaliteit is niet direct duidelijk, want elke pointcloud ziet er indrukwekkend uit. Een onafhankelijke controle met een tweede instrument (vaak achteraf, na constatering van de fout) brengt de onnauwkeurigheid aan het licht. Prijs zegt niet alles, maar in de wereld van 3D scanners levert goedkopere scanapparatuur over het algemeen kwalitatief minder goede data. Wanneer de keuze gemaakt wordt voor de voordelige optie, is het verstandig werkelijk te begrijpen waarom dit een goede keuze is. Lage kwaliteit meetdata is achteraf niet meer te veranderen in een hogere kwaliteit.

"We zetten op alle projecten en bij alle trainingen alleen maar high-end 3D scanners in, omdat we goede datakwaliteit van essentieel belang vinden voor een goed product."

Hoe herken je een goede 3D scanner?

De juiste 3D scanner is voornamelijk afhankelijk van het doel dat je hebt: wat wil je met de meetdata bereiken? Wat wordt het eindproduct? Hoe goed een scanner is vergeleken met andere scanners is echter ook een factor die je moet meenemen. 3D scanners verschillen onderling van kwaliteit. Dat resulteert in betere of slechtere data onder dezelfde omstandigheden. De beste scanners onderscheiden zich door goede data te leveren onder de moeilijkste omstandigheden.

Samga_3Dscanning_5010C

In de afbeelding hierboven is een phase-scanner te zien die speciaal gemaakt is om zeer hoge kwaliteit gekleurde pointclouds te maken.

Enkele praktische tips voor het herkennen van een goede scanner:

Goede scanners maken goede data

Een goede scanner herken je vooral aan een hoge kwaliteit meetdata. Elke pointcloud ziet er mooi uit en het lijkt alsof ze allemaal van dezelfde kwaliteit zijn. Dat is niet zo. De ene scanner kan veel strakkere meetdata maken dan de andere. Je ziet dit verschil pas wanneer je inzoomt op de individuele punten en de data correct analyseert.

Naast de high-end professionele scanners bestaan er ook huis-tuin- en keukenscanners, de ‘low-end’ scanners. Het is niet zo dat er werkelijk twee groepen zijn en op het eerste gezicht zijn zo ook niet makelijk te onderscheiden. Over het algemeen kun je stellen dat hogere kwaliteit scanners duurder, maar ook beter zijn. Ze kunnen daarbij beter presteren onder minder ideale omstandigheden in de praktijk. Boven alles maken ze vooral hele mooie scherpe pointclouds. En dat zorgt weer voor hele goede producten.

"Wil je starten met scanning? Een scanner is zo gekocht. Het is echter verstandig eerst verschillende scanners te testen in de praktijk met een correcte datavergelijking achteraf."

 

Orthofoto_doorsnede

Bovenstaande afbeelding lijkt wel een foto, maar het is een verticale doorsnede (een plakje) van een zeer hoge kwaliteit gekleurde pointcloud uit een high-end 3D scanner.

Deze scanner is zo zwaar, en die scanner is licht en compact…

Sommige scanners zijn groot en zwaar. Vanwege handelbaarheid neigen sommige partijen naar lichtere scanners. De producent heeft dit gewicht echter niet voor de lol toegevoegd. De zwaardere scanner is gevuld met veel elektronica, computers en fijne mechanische onderdelen. Al deze onderdeeltjes werken mee aan een beter meetproduct. Zware scanners zijn dus in de praktijk vaak beter en bieden meer mogelijkheden.

Compensator corrigeert bewegingen

In sommige gevallen is het relevant en raadzaam om te vragen naar de aanwezigheid van een compensator en de eigenschappen daarvan. Goede high-end scanners hebben over het algemeen een compensator; de low-end 3D scanners over het algemeen niet. Een interne compensator kan de dataset beter en meer betrouwbaar maken. De compensator corrigeert de metingen tijdens of na de data-acquisitie wanneer er sprake is van bewegingen van de scanner. Dit zorgt dat er onder alle omstandigheden betrouwbare data vergaard wordt.

Conclusie

Een scanner meet op dezelfde manier als een total station, maar met extreem veel meer punten. Deze miljoenen nauwkeurige meetpunten zorgen dat we een realistisch beeld van de werkelijkheid mee naar huis nemen. We noemen dit een pointcloud. Een scanner kan een volledig beeld van de situatie maken, maar scant nergens doorheen, maakt meetpunten en levert geen kant-en-klaar 3D model (scan-to-bim bestaat dus ook niet).

3D scannen is een containerbegrip. Er zijn verschillende scanners voor verschillende schaalgroottes; van micron tot kilometer. Een topscanner voor de ene toepassing kan nutteloos zijn voor een andere. Er zijn ook veel apparaten die claimen een 3D scan te maken, maar deze meetresultaten zijn vaak niet nauwkeurig of volledig genoeg om de voordelen van 3D scanning waar te maken. Goede data komt uit goede scanners met een compensator, die vaak groot en zwaar zijn. Dure scanners zijn binnen hetzelfde toepassingsgebied over het algemeen de betere scanner, omdat ze meer techniek bevatten voor een nauwkeurigere meting. Goede data biedt meer mogelijkheden voor waardevolle producten in het vervolgtraject.

Meer leren? Volg deze blogserie

In de volgende blog gaan we in op wat een goede pointcloud inhoudt. De komende weken publiceren we elke maandag, woensdag en vrijdag een nieuwe blog in de de serie '3D scannen: de basics'.

Onderwerpen in de blogserie 3D scannen: de basics

Automatische de volgende blogs ontvangen?

Schrijf je in voor onze nieuwsbrief! Zo blijf je op de hoogte van deze blog en alle toekomstige blogs.

  • Vergeet niet http:// voor de url te plaatsen (bv. http://mijnwebsite.nl).