三維激光掃描儀成都九洲電子信息系統(tǒng)股份有限公司安監(jiān)事業(yè)部吳雨目錄第一部分技術(shù)部分返回目錄簡介——三維激光掃描技術(shù)的概念三維激光掃描儀

通過發(fā)射激光來掃描獲取被測物體表面三維坐標和反射光強度的儀器。三維激光掃描技術(shù)

三維激光掃描技術(shù)，是通過三維激光掃描儀獲取目標物體的表面三維數(shù)據(jù)；對獲取的數(shù)據(jù)進行處理、計算、分析；進而利用處理后的數(shù)據(jù)從事后續(xù)工作的綜合技術(shù)。簡介——三維激光掃描技術(shù)的特點

快速、高密度掃描

常規(guī)測量：每次測量1個點，每次測量耗時2-5秒；

三維激光掃描儀：每秒可測量數(shù)萬到數(shù)百萬個點，使快速獲取復(fù)雜物體表面成為可能。多學(xué)科融合三維激光掃描技術(shù)涉及現(xiàn)代電子、光學(xué)、機械、控制工程、圖像處理、計算機視覺、計算機圖形學(xué)、軟件工程等技術(shù)，是多種先進技術(shù)的集成。

簡介——三維激光掃描儀分類簡介——三維激光掃描技術(shù)詳解原理——飛行時間

原理

根據(jù)光脈沖在被攝場景中的傳播和反射時間，來獲取場景中各點的距離信息。其中C為光速。飛行時間——脈沖測距

原理通過記錄調(diào)制的激光信號在待測距離上往返傳播所花費的時間，可由飛行時間法直接求得待測距離。飛行時間——相位差測距

原理通過測量調(diào)制的激光信號在待測距離上往返傳播所形成的相移，間接測出激光傳播時間，再根據(jù)激光傳播速度，求出待測距離。原理——結(jié)構(gòu)光

原理

物體點的三維坐標(X,Y,Z)，是經(jīng)過像點（X’,Y’）與相機光心的直線與光平面的交點。三維激光掃描儀原理

不同測距原理技術(shù)對比

原理

參數(shù)飛行時間結(jié)構(gòu)光脈沖法相位差法激光發(fā)射裝置固體激光器（紅寶石、YAG）連續(xù)光源激發(fā)器（He-Ne）連續(xù)光源激發(fā)器（He-Ne）測量距離遠近非常近測量精度低高非常高掃描速度慢快慢三維激光掃描儀原理

工作原理紅外線激光束射到旋轉(zhuǎn)光學(xué)鏡的中心。該光學(xué)鏡將使激光在圍繞掃描環(huán)境垂直旋轉(zhuǎn)的方向上產(chǎn)生偏差；之后，將周圍對象的該點處的數(shù)據(jù)并對該點進行定位。散射光反射回掃描儀。三維激光掃描儀主要技術(shù)參數(shù)——精度鑒于不可能獲得真實值，只能用更精密儀器的測量值作為近似真實值，且精確度與準確度之間有一定的相關(guān)性，故實際中用精確度來衡量儀器的測量性能?？履峥滥苓_是唯一提供準確度參數(shù)的廠商。準確度與精密度三維激光掃描儀主要技術(shù)參數(shù)——精度掃描儀的精度參數(shù)

點位精度距離精度——大部分廠商只提供該值，且該值隨實際掃描距離變化極大。角精度

表面建模精度

標靶獲取精度三維激光掃描儀主要技術(shù)參數(shù)——分辨率

掃描分辨率包含以下參數(shù)光斑大小點間距

距離分辨率一般來說，分辨率越高，表面建模精度越高，重建得到的模型越精細。分辨率隨測距原理、實測距離的變化而變化，距離越遠光斑越大、點間距越大。

三維激光掃描儀主要技術(shù)參數(shù)——掃描速度

物理定義：單位時間內(nèi)掃描物體的長度廠商定義：單位時間內(nèi)發(fā)射（接收）激光點數(shù)（受散射等原因，激光發(fā)射/接收裝置發(fā)射N個激光點僅能接收到N/3—N/5個點）三維激光掃描儀主要技術(shù)參數(shù)——PRR、反射率

PRR—Pulse

Repetition

Rate（激光發(fā)射頻率）激光脈沖的發(fā)射頻率越高，在單位時間內(nèi)所發(fā)射的激光點的數(shù)量越多。

反射率—投射到物體上面被反射的激光能量與投射到物體上的總激光能量之比。直接影響到激光

掃描儀的實際測距能力。

參數(shù)之間的聯(lián)系

PRR與單位時間發(fā)射點數(shù)當PRR=f

時，發(fā)射相鄰兩個激光點的間隔時間：則單位時間內(nèi)可以發(fā)射的激光點數(shù)量N為：這與廠商的掃描速度定義相同，因此也有廠商將激光發(fā)射頻率稱作掃描速度。參數(shù)之間的聯(lián)系

PRR與掃描距離（射程）當PRR=f

時，發(fā)射相鄰兩個激光點的間隔時間：光速為C，則掃描儀理論最大掃描距離D為：頻率越高，射程越近，這也是相位式掃描儀普遍射程偏近的原因。參數(shù)之間的聯(lián)系

掃描距離與精度掃描距離越遠，精度越低

掃描距離與分辨率掃描距離越遠，分辨率越低，為了獲取更精確的模型，就需要增加PRR以增加發(fā)射激光點數(shù)量，但相應(yīng)地，也就增加了掃描時間

分辨率與精度分辨率與表面建模精度有關(guān)，但與測量精度無關(guān)，廠商往往將之混為一談。參數(shù)之間的聯(lián)系

PRR、分辨率與掃描速度當反射率、掃描距離固定時，可以來衡量三者之間的關(guān)系：由于對于實際的待測物體，反射率與掃描距離總是固定點，對任何品牌的掃描儀都是這樣，而分辨率則由用戶具體需求確定，也可認為是固定值，因此：PRR越高的掃描儀，其掃描速度越快。這也是相位式掃描儀宣稱速度快的原因。分辨率越高，掃描速度越慢PRR越高，掃描速度越快三維激光掃描技術(shù)的應(yīng)用測繪計量建立三維模型測量距離土地資源調(diào)查建筑、廠房改造設(shè)計體積計量面積計量容積計量從用途上分（用來干什么？使用的目的？）三維重建——重建目標三維模型數(shù)值計算——距離測量、面積計算、體積計算、容積計算形變分析——前后測量數(shù)據(jù)對比，分析表面形變從應(yīng)用領(lǐng)域上分采礦業(yè)、測繪工程、結(jié)構(gòu)測量、逆向工程、數(shù)字城市、數(shù)字工廠、文物保護、虛擬現(xiàn)實、醫(yī)學(xué)、娛樂業(yè)、土木工程等三維激光掃描技術(shù)的應(yīng)用第二部分商務(wù)部分返回目錄主要儀器廠家美國Surphaser美國FARO德國Z&F瑞士Leica

相位式相位式相位式脈沖式加拿大Optech奧地利Riegl日本Topcon美國Trimble

脈沖式脈沖式脈沖式脈沖式主要儀器廠家Surphaser

重點放在文物保護領(lǐng)域FARO

重點在工廠測繪、工程測繪（隧道）Leica

優(yōu)勢在品牌形象Riegl

優(yōu)勢為長距離測繪Z+F

優(yōu)勢在于儀器性能，擁有唯一一款防爆型掃描儀Maptek

長距離掃描儀，Leica貼牌產(chǎn)品——儀器中距離三維激光掃描儀Z+F(德國)1mm@50m產(chǎn)品——儀器長距離三維激光掃描儀Maptek(澳大利亞)