●三角測量方式（Triangulation Scanner）

三角測量方式の基本的な考えは、その名の通り三角形の幾何学的な原理を利用して対象物までの距離を測定する仕組みです。
対象物に点、または、ライン状のレーザー光を照射します。照射された光は対象物にあたり反射(反射スポット)します。スキャナにはレーザー光源から一定の距離を置いて斜めに設置されたカメラやセンサーがあり、その反射光を受け取ります。
このとき、レーザー光源・反射スポット・センサー間で仮想三角形が形成されます。
この仮想三角形により三角測量の計算が行われ、対象物までの距離と空間上の点の三次元座標(X,Y,Z)を算出します。

レーザー光は対象物に当たると、その表面の凹凸によって反射の方向が変わります。
受け取り側のセンサーでは、反射光が当たる位置が対象物までの距離に応じて変化します。この反射光がセンサーのどの位置に映るか(ズレ)を検出します。
例えばある距離から対象物にレーザーを照射したとき、光は対象物上で反射（反射ポイント①）し、センサーの特定の点(受光点①)に反射光が当たるとします。別の領域(反射ポイント②：形状が異なったため実質的に近くなったとする)にレーザーを照射したときはセンサー上の別の点(受光点②)に反射光が当たります。この位置変化を数値化し、三角関数の計算を行うことで、高精度な距離測定が可能になります。

点やラインで計測を行うため、後に解説する構造光(パターン投影)方式よりも取得速度は論理上遅くなりますが、3Dスキャナ各種で利用する際は、レーザーラインを長くしたり投影本数を増やしたりしでこれらを補っています。
使用しているレーザー光源の種類によって多少の違いはありますが、比較的高精度な計測が可能な方式で、工業製品や小型部品などのスキャニングを得意としています。

●構造光(パターン投影)方式（Structured Light Scanner）

構造光(パターン投影)方式は、三角測量方式の一種とも言える方式で、非接触式3Dスキャナで広く用いられている計測原理の一つです。
レーザーの代わりにプロジェクタやLED、あるいはNIR(近赤外)などを光源とし、特定のパターン（縞模様・グリッド・ドット・ランダムパターンなど）の光を対象物に投影します。
このパターンは、プロジェクターによって正確に制御・生成されます。

対象物表面に投影されたパターンを高解像度のCCDカメラやCMOSセンサーなどで斜めから撮影します。このとき、投影されたパターンは、対象物の表面が平坦であれば、そのままの形で映りますが、対象物の表面に凹凸がある場合、投影されたパターンは変形(歪み)して表面上に映し出されます。

この「歪み方」をカメラで撮影し、その画像データをコンピュータで解析します。
投影されるパターンはあらかじめ分かっているため、"正しい"投影パターンとカメラで撮影された歪んだパターンの間のズレや変形を三角測量の原理や位相解析などの複雑なアルゴリズムを用いて計算し、対象物の各点までの距離その空間上の点の三次元座標（X, Y, Z）を算出します。

構造光方式はレーザーの『一点毎を同時にスキャン』する方式とは異なり、視野全体を一体でスキャンするため、比較的高速にスキャニングできる機種が多いと言われています。

●フォトグラメトリ（Photogrammetry）

対象物に対し様々な方向から撮影した複数の写真から3Dモデルを生成する技術であり、従来の3Dスキャナとは異なる技術的アプローチを取ります。

SIFT (Scale-Invariant Feature Transform) やSURF (Speeded Up Robust Features) などの1. SfM (Structure from Motion)アルゴリズムを用いて特徴点(コーナーやエッジ)を抽出し、異なる画像間で同じ特徴点を見つけ出します。この同一の特徴点からカメラの相対的な位置関係から空間上の座標点を割り出していきます。この処理はあくまでも特徴点の同意がはっきりした箇所のみで行われ、点間の洗データが生成されます。

次に、MVS(Multi-View Stereo)というアルゴリズムで、より密度の高いデータを生成していきます。
SfMで推定されたカメラの位置と向き、更にSfMで生成された点情報を利用します。
各カメラからの視点に基づき、ピクセルごとの深度（奥行き）を推定します。これは、異なる画像からの対応するピクセル間の視差を利用して行われます。そういった意味では三角測量法と似た考え方でもあります。各画像から推定された深度をマッピング統合しながら、より詳細な形状を復元していきます。

ここで生成されたデータはすぐさまメッシュ化され、元の入力写真から色や質感の情報をメッシュデータにマッピングし、高解像度のテクスチャがにより鮮明に表現される3Dデータが生成されます。

高解像度でリアルなテクスチャを表現できる他、大規模なオブジェや風景なども3Dモデル化が可能です。一方、特徴的な形状が無い対象物では関連付けが難しく立体化できないことや、写真の質や枚数によって生成される立体モデルの品質が左右されることがあります。

●時間飛行方式（Time-of-Flight: ToF）

対象物にレーザー光を照射するとレーザーは反射されます。この反射されたレーザーをスキャナのセンサーで検知するまでの時間を正確に計測し、光の速度と反射までの時間（飛行時間）から距離を割り出すというシンプルな物理法則に基づきし三次元座標を取得していきます。
光の速さは常に一定であるため、飛行時間を正確に計測できれば正確な距離を割り出すことができます、しかし、秒速30万キロメートルという非常に速い速度であるため、非常に短い時間を高精度に計測する事ができる専用のセンサーや回路が必要になります。

時間飛行方式(ToF)には主に2つのタイプがあります。
●直接ToF (Direct ToF: dToF)
源から短いパルス光を照射し、そのパルスが対象物に当たって反射し、センサーに戻ってくるまでの時間を直接計測します。
太陽光下においても比較的影響を受けにくく、長距離の計測に適した方式ですが、解像度が低い傾向があります。
●間接ToF (Indirect ToF: iToF)
連続的に変調された正弦波状の光照射し、反射してきた光の位相(波のずれ)を測定することで距離を算出します。光の飛行時間に応じて位相がずれることを利用します。
短距離の計測では高い精度を発揮しますが、太陽光の影響を受けやすい傾向があります。

これらのように時間飛行方式(ToF)は、広範囲を高速スキャンすることができるため、建物やプラント、地形などの広大なエリアをスキャンするのに適しています。また、ドローンなどによる空撮による広域測量などにも利用される方式です。

01■青色(ブルー)レーザー

01

405nｍ～480nmと比較的短い波長の可視光線をブルーレーザーと定義されています。
3Dスキャナに搭載されるブルーレーザーの多くは420nm前後のものが多く、その特徴として『黒や濃色に対して吸収されにくく正確に反射しやすい』。すなわち、黒や濃色の対象物をスキャンできるというメリットがあります。また、周囲光の影響を受けにくく拡散しにくい特性を持つため、屋外でのスキャンや金属ワークのスキャンにも対応することができます。
何よりも、その短波長と小さなスポット径により、高解像度のスキャンが可能になります。

02■近赤外レーザー(NIR:Near Infrared)

02

赤外線の中でも可視光線に近い波長780nm～1550nmの被可視光線で、3Dスキャナでは850nm前後の光線を構造化(パターン)投影し利用されることが多い。
対象物の色彩を捉える能力が優れているため、フルカラースキャン時も高品質なデータ取得が可能なうえ、マット調であれば黒や濃色系、金属ワークに対応する機種も存在します。また、ワンショットの取得領域も広く凹凸の多い対象物でも深く浸透する特徴を持つことから、複雑なディテールや意匠を持つ対象物の取得を得意とします。目に優しい特性と合わせて、人体や顔などのスキャンをマーカー無しで行うこともできます。

03■可視光(LED/プロジェクタ)

03

対象物に構造化(パターン)光を投影してスキャンを行う際に光源として利用されています。微細なディテールの取得や精度を必要とするスキャニングに適しています。
LEDは小型･軽量機に、多彩なパターン投影により整合性を高めるプロジェクタ光源は精度を求める据え置き型機種に採用されることが多い。
可視光であるため周囲光の影響を受けやすいのは否めず、黒や光沢のある対象物のデータ取得は不得意であるため、スキャン用スプレーの仕様が推奨される。また、スキャニング作業は少し暗所の方が望ましい。