Co dzieje się w morzach i oceanach? Jakie zwierzęta i organizmy znajdują się w morskich toniach? Czy na dnie znajdują się zatopione statki i okręty oraz inne obiekty? Obecnie najnowsze technologie pozwalają to sprawdzić bez konieczności schodzenia ludzi na duże głębokości, dzięki wykorzystaniu sonarów, ale i skanerów laserowych. Czym one różnią się od siebie?

Różnica w zasadzie działania

Skanowanie 3D to proces bezdotykowy, nieingerujący w strukturę danego obiektu, który polega na pozyskiwaniu informacji o jego kształcie czy wielkości. Podczas skanowania z użyciem skanera laserowego i współrzędnościowej techniki pomiarowej można przenieść widok obiektu rzeczywistego na obiekt wirtualny w odpowiednim programie 3D. W praktyce odbywa się to w ten sposób, że skaner laserowy 3D wymierza odległość z punktów o określonych współrzędnych przestrzennych do badanych punktów, i następnie wyznacza ich położenie w przyjętym globalnym układzie X, Y, Z.

Skaner emituje światło laserowe na obiekt, co pozwala wbudowanej matrycy rejestrować jego współrzędne. Zebrane informacje wykorzystywane są do odtwarzania faktury i geometrii przedmiotu w postaci cyfrowej. 

Sonar, czyli echosonda działa nieco inaczej, ponieważ wysyła nie wiązkę światła laserowego, ale impulsy fal dźwiękowych przez wodę. Impulsy te uderzają w obiekty pod wodą i odbijają się z powrotem na powierzchnię. Wówczas sonar mierzy, jak długo trwa falowanie dźwięku, kiedy następuje uderzenie o obiekt oraz odbicie od niego. Urządzenie szacuje głębokość, na jakim położony jest dany obiekt, od którego odbiła się fala i mierzy moc powracającego impulsu, co pozwala na stwierdzenie, z jak twardym obiektem mamy do czynienia.

Cechą charakterystyczną sonarów jest to, że skanują w stożkach, a nie w liniach prostych, jak skanery 3D.

Zalety i wady sonografu

Sonary są w stanie wysyłać fale dźwiękowe przemieszczające się w wodzie nawet z prędkością 1,6 km na sekundę, dlatego urządzenia te emitują wiele impulsów w tym samym czasie, np. 15 na sekundę. Kiedy impuls wraca do urządzenia, jest przekształcany na sygnał elektryczny, a później zostanie wyświetlony na monitorze sprzętu. Tak działa np. sonda na ryby, wskazująca wędkarzom głębokość i twardość dna oraz to, czy np. są tam duże ryby.

Niestety, nie można w sposób bezpośredni uznać, że obraz z echosondy to rzeczywisty wygląd tego, co dzieje się pod sonarem. Z racji tego, że skanuje on w stożkach, im głębiej docierają impulsy, tym większy obszar w istocie one obejmują. Dla zniwelowania tego efektu warto wykorzystywać skanowanie pionowe, w którym specyficznie ukształtowana wiązka sygnałów ultradźwiękowych, o kształcie przestrzennego trójkąta, dociera do dna i obrazuje obiekty w sposób realistyczny. Jednak nadaje się to bardziej do badania dna i znajdujących się tam przedmiotów, niż do skanowania zbiornika w poszukiwaniu ryb.

Za wadę należy uznać to, że sonary nie są najczęściej w stanie wykryć obiektów, które znajdują się tuż pod powierzchnią wody. Winne są temu zakłócenia powierzchni, ponieważ woda blisko powierzchni odbija niektóre z wysyłanych impulsów dźwiękowych sonaru, a są one zbyt szybkie, by urządzenie skanujące  było w stanie je prawidłowo przetworzyć. Można zredukować „ślepą strefę” w sonarach, jeśli wybierze się sonar o większej częstotliwości działania.

Zalety i wady skanowania laserowego

Największą zaletą działania skanera laserowego jest to, że w krótkim czasie światło laserowe może zebrać nawet do kilku milionów punktów pomiarowych, dlatego możliwe jest cyfrowe odtworzenie obiektów o najbardziej skomplikowanych kształtach. By móc uzyskać dokładny model 3D, należy dokonać skanowania 3D obiektu z różnych perspektyw. W efekcie pozyskiwane dane są bardzo dobrej jakości, zwłaszcza w porównaniu do tych, które uzyskują sonary na bazie fal ultradźwiękowych.

Zainwestowanie w nowoczesne skanery 3D pociągnie za sobą wyższe koszty niż zakup standardowych echosond, ale warto je ponieść dla zwiększenia tempa prac i ich dokładności.

Gdzie sprawdzi się sonar a gdzie laser?

Sonar sprawdza się przy skanowaniu dna morskiego, uzyskania informacji o głębokości i strukturze dna, ale i do określenia położenia ryb. W zależności od tego, czy skanowanie odbywa się wąskim kątem czy szerokim, inny promień zasięgu mają fale dźwiękowe docierające do dna morza, oceanu, czy każdego innego zbiornika wodnego. Sondy wędkarskie powinny skanować wąskim kątem, by lepiej sprawdzać położenie największych okazów ryb.

Skanowanie laserowe może pomóc w skanowaniu ciała człowieka na potrzeby projektowania idealnie dopasowanych protez medycznych, jak i do skanowania obiektów budowlanych na potrzeby tworzenia inwentaryzacji powykonawczej. Jednak skaner laserowy może być zastosowany do mapowania dna morskiego. Pozwala ono na szybsze i sprawne skanowanie dużych obszarów z wysoką dokładnością. Pozyskane w ten sposób modele dna zbiorników wodnych, w tym dna morskiego w 3D cechują się wysoką precyzją. Można je analizować na monitorze komputera dokładnie tak, jakby badacz widział je na własne oczy. Ta nowoczesna metoda skanowania w miejsce wykorzystania sonarów zapewnia dużą dokładność prac podwodnych, przy redukcji czasu ich przeprowadzania oraz ponoszonych kosztów.