作者：Oliver Bürkler，激光扫描部门总监
全球建筑市场预计将以每年超过 10% 的速度增长，新技术对于准确高效地扫描和分类工作现场的进展情况至关重要。
正如本三部曲系列的第一部分所述，FARO 的专利 Hybrid Reality Capture （混合现实捕获）技术由 Flash Technology 提供支持。这项技术可将 360° 全景图像与高速扫描相结合，在 30 秒内完成全彩扫描，且几乎不会损失数据精度；这是我们持续努力中的一项变革性工具。本系列文章由三部分组成，第二部分将探讨 Flash Technology 的一些基础软件，及其与 FARO Focus Core、Premium 和 Premium Max 激光扫描仪配合使用时的工作原理。
这一切都归结为专有的智能粗化算法。输出包括 Ricoh Theta Z1 360° 相机和 Focus Core、Premium 和 Premium Max 激光扫描仪捕获的所有收集的图像和点，从而生成全彩扫描结果，相较于传统方法的相同分辨率扫描，其图像更为清晰。
由 Flash Technology 提供支持的混合现实捕获于 2023 年 4 月上市，可作为 Focus 扫描仪的扫描模式，通过 FARO Stream 移动应用程序访问。
同样值得注意的是，Flash 为 Focus Core 和 Premium 用户提供为期一年的订阅服务，而 Premium Max 则提供永久许可证。
FARO Stream 可在 iOS 和安卓平台上免费下载，通过该程序用户可以：
- 控制所有 FARO 设备、Focus 激光扫描仪、Orbis 移动扫描仪以及未来的扫描仪。
- 现场直接对采集的扫描数据进行预配准，以获得数据完整的可靠性，并降低非现场配准的失败率。
- 收集补充数据，作为扫描中标记的注释，并附上图像或文件附件。
- 将采集到的数据直接上传到 Sphere XG，以便与利益相关者即时共享项目。
Focus 扫描仪的 Flash 扫描数据可通过 SaaS 云信息平台—— FARO Sphere XG 进行访问，非常适合需要对建筑物、基础设施、走廊、矿山和森林进行大量三维现实捕捉扫描的公司，以满足其现有条件、进度监控和事故前规划需求。
Flash Technology 的工作原理？（粗化与外推）
Focus 系列产品的 Flash 技术的核心是称为图像粗化或插值的过程。根据 Upscale.media 的定义，粗化从低分辨率图像开始，逐步提高图像的视觉质量。
它通过在两帧之间进行插值的算法来实现这项功能。由于该软件无法访问完整的数据集（即所有可能的数据点），因此它最多只能根据数学公式进行估计。值得注意的是，这种数据缺乏并非任何形式的故障。相反，在科学和工程领域，这是一种常见的变量，其中中间值未知，但根据其他已知数据点，通过概率方法可以高精度确定其可能值。
从历史上看，软件工程师可能会使用插值或粗化来构建工具，从而支持用户放大图像，并增加像素。为了创建真实的放大图像，尺寸调整工具会利用原始图像中的数据来插入新值，从而在原始数据点之间添加像素。软件工程师还会在视频游戏中使用插值，为角色动作编码。
混合现实捕获也遵循相同的原理。低分辨率三维扫描的采集速度更快，因此数据量更少。但是，360° 全景图像所捕捉到的数据可以弥补这些数据空白。这就是图像粗化的用武之地。利用 Flash Technology，如果相机捕捉的某个图像点没有对应的三维坐标点，并且正在搜索该点的邻近点，那么软件就会判断该点是否具有三维坐标。然后，它会在相邻点之间智能插值，为着色像素创建一个新的三维点。如果视角过于平坦，则 Flash Technology 不会在两者之间创建插入点。
下一步，该技术会检查两个摄像头的入射角和视差是否支持该点。如果支持，软件就会保留并继续生成图像。
了解信息：
- 入射角 - 一束光线照射到表面的某一点。从这个点开始，与表面成 90° 的直线称为法线。法线和光线之间的角度称为入射角。您测量的角度是从法线（0 度）到光线之间的角度。
- 视差 - 从与物体不在一条直线上的两个不同点观察时，物体在视觉上的位移或视觉方向上的差异。形象理解这种现象最简单的方法，就是看着一个物体，并交替闭上眼睛。您所看到的图像将相对于您正在使用的眼睛位置而发生变化。物体的位置没有变化，但您相对于它的位置的感知发生了变化。
Focus Core、Premium 和 Premium Max 的 Flash Technology 之所以如此直观且易于使用，关键在于所有这些公式的插入、与入射角和视差相关的所有测量、应接受和拒绝的数据点以及实际数据与粗化数据的细分均在后台完成。从用户的角度来看，他们看到的将只是全彩混合全景图像/三维激光扫描合成。
其他隐藏优势包括：
- 优化扫描操作 - 是一种扫描功能，当用户按下‘开始’按钮时，设备会协调扫描仪的操作和顺序，从而最大限度地提高速度效率，包括扫描仪何时开始旋转、何时采集图片等。例如，始终先拍摄全景图像，然后再进行扫描。
- 优化移动设备流式传输 - 优化点云数据在移动设备上的传输和使用，尽可能快地完成现场配准，确保有效利用现场时间。
- 粗测斜仪读数 - 是一种测量扫描水平度的方法。传统上，这一步大约需要 10 秒。但借助 Flash Technology，只需 1 秒钟即可获取必要的数据。虽然 1 秒的倾角仪读数不如 10 秒的读数精确，但对于 99% 的现有和预测的新客户使用情况来说，数据已足够准确。
同样重要的是，尽管混合现实捕捉图像中必然会有一些数据未能捕获，但即使是少量的数据丢失，也并非在所有情况下均一成不变。例如，在一条完整的垂直线上，Flash Technology 具有完整的分辨率。增加的是线条之间的间距。以度数为单位，Focus Core/Premium/Premium Max 激光扫描仪的镜面以每秒 100 转的速度旋转 360°。这意味着 Focus Scanner 每秒创建两条垂直线 100 次，一条在扫描仪前方，一条在扫描仪后方。然后扫描仪旋转 10 秒进行扫描。在这 10 秒内，它会创建 2,000 条线，或每 360° 水平方向上 2,000 步。
在此必须强调的是，被放大的是三维点云，而不是图像本身。Flash Technology 会接收上述数据，并在处理后将其水平扩展到 4,000 步。听起来可能有悖常理，但这正是 Flash Technology 在市场开发中的领先之处。在整个捕捉过程中，来自 PanoCam 的图像保持在每张照片 2,300 万个点的水平，被放大的是背景中的点云。
因此，对于用户而言，根本没有视觉影响，因为他们看到的图片保持不变。粗化之前，低分辨率扫描只能在照片的每四个像素中生成一个三维坐标。粗化后的照片几乎每个像素都会有一个三维坐标。
为何 Flash Technology 与众不同，其理想用例是什么？
对于从事三维测量和激光扫描业务已有一段时间的客户来说，哪怕只是粗略地翻阅一下 Focus 的宣传册和 Flash Technology 增强功能，也能清楚地了解产品的与众不同之处。但对于经验不足的客户或潜在的新买家来说，可能会存在模棱两可的地方 - 尤其是当其他激光扫描公司也在用三维扫描来增强摄影图像时。
这里的区别存在多个方面：其中最主要的一点是，Flash Technology 作为扫描仪的一种独立扫描模式，可以根据需要开启或关闭。
另一个区别因素是颜色。一直以来，彩色扫描都是一项成本高昂且费时的任务，尤其是对于需要数百次扫描的大批量项目而言。有一段时间，这种产品的采用障碍非常大，以至于一些客户选择在完全放弃彩色扫描的情况下进行管理，同时仍能交付令人满意的成果。有了 Flash Technology，彩色扫描只需一秒钟即可完成，因此 Hybrid Reality Capture 很可能会重新点燃大众对这项功能的兴趣，并让彩色扫描成为一项经济且省时的明智之举，这可以说是自彩色扫描技术发展以来的首次。
随着其他公司推出自己的高分辨率摄影、视频和 360° 图像捕捉技术，Flash Technology 也有助于推动市场整体向更加注重视觉体验的方向转变。
简而言之：Hybrid Reality Capture 是一种完全不同的图像捕捉技术，是考虑全景图像与三维点云之间关系的一种创新方法。从某种意义上说，这个过程已经发生了逆转。没有其他人会先从摄影图像开始，然后放大三维点云以增强数据。这对实现前所未有的捕捉速度而言至关重要。
*资料来源：作者简介
Oliver Bürkler 是 FARO Technologies, Inc. 的激光扫描部门总监。他在德国慕尼黑的应用科学大学获得了精密工程和工商管理与工程硕士学位。作为 FARO 三维激光扫描仪产品经理团队的一员，20 多年来，Bürkler 始终专注于 FARO 三维文档硬件的开发和创新。