三維激光掃描技術(shù)介紹

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三維激光掃描技術(shù)介紹
三維激光掃描系統(tǒng)主要由三維激光掃描儀、計(jì)算機(jī)、電源供應(yīng)系統(tǒng)、支架以及系統(tǒng)配套軟件構(gòu)成。三維激光掃描儀作為三維激光掃描系統(tǒng)的主要組成部分,是由激光射器、接收器、時(shí)間計(jì)數(shù)器、馬達(dá)控制可旋轉(zhuǎn)的濾光鏡、控制電路板、微電腦、CCD機(jī)以及軟件等組成,是測(cè)繪領(lǐng)域繼GPS技術(shù)之后的一次技術(shù)革命。它突破了傳統(tǒng)的單點(diǎn)測(cè)量方法,具有高效率、高精度的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。三維激光掃描技術(shù)能夠提供掃描物體表面的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù),因此可以用于獲取高精度高分辨率的數(shù)字地形模型。

技術(shù)背景

三維激光掃描技術(shù)是上世紀(jì)九十年代中期開(kāi)始出現(xiàn)的一項(xiàng)高新技術(shù),是繼GPS空間定位系統(tǒng)之后又一項(xiàng)測(cè)繪技術(shù)新突破。它通過(guò)高速激光掃描測(cè)量的方法,大面積高分辨率地快速獲取被測(cè)對(duì)象表面的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)。可以快速、大量的采集空間點(diǎn)位信息,為快速建立物體的三維影像模型提供了一種全新的技術(shù)手段。由于其具有快速性,不接觸性,實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)、主動(dòng)性,高密度、高精度,數(shù)字化、自動(dòng)化等特性,其應(yīng)用推廣很有可能會(huì)像GPS一樣引起測(cè)量技術(shù)的又一次革命。

技術(shù)原理

三維激光掃描技術(shù)是近年來(lái)出現(xiàn)的新技術(shù),在國(guó)內(nèi)越來(lái)越引起研究領(lǐng)域的關(guān)注。它是利用激光測(cè)距的原理,通過(guò)記錄被測(cè)物體表面大量的密集的點(diǎn)的三維坐標(biāo)、反射率和紋理等信息,可快速?gòu)?fù)建出被測(cè)目標(biāo)的三維模型及線、面、體等各種圖件數(shù)據(jù)。由于三維激光掃描系統(tǒng)可以密集地大量獲取目標(biāo)對(duì)象的數(shù)據(jù)點(diǎn),因此相對(duì)于傳統(tǒng)的單點(diǎn)測(cè)量,三維激光掃描技術(shù)也被稱為從單點(diǎn)測(cè)量進(jìn)化到面測(cè)量的革命性技術(shù)突破。該技術(shù)在文物古跡保護(hù)、建筑、規(guī)劃、土木工程、工廠改造、室內(nèi)設(shè)計(jì)、建筑監(jiān)測(cè)、交通事故處理、法律證據(jù)收集、災(zāi)害評(píng)估、船舶設(shè)計(jì)、數(shù)字城市、軍事分析等領(lǐng)域也有了很多的嘗試、應(yīng)用和探索。三維激光掃描系統(tǒng)包含數(shù)據(jù)采集的硬件部分和數(shù)據(jù)處理的軟件部分。按照載體的不同,三維激光掃描系統(tǒng)又可分為機(jī)載、車載、地面和手持型幾類。
應(yīng)用掃描技術(shù)來(lái)測(cè)量工件的尺寸及形狀等原理來(lái)工作。主要應(yīng)用于逆向工程,負(fù)責(zé)曲面抄數(shù),工件三維測(cè)量,針對(duì)現(xiàn)有三維實(shí)物(樣品或模型)在沒(méi)有技術(shù)文檔的情況下,可快速測(cè)得物體的輪廓集合數(shù)據(jù),并加以建構(gòu),編輯,修改生成通用輸出格式的曲面數(shù)字化模型。

技術(shù)分類

按測(cè)量方式,可分為基于脈沖式;基于相位差;基于三角測(cè)距原理。
按用途,可分為為室內(nèi)型和室外型。也就是長(zhǎng)距離和短距離的不同。一般基于相位差原理的三維激光掃描儀測(cè)程較短,只有百米左右。而基于脈沖式原理的三維激光掃描儀測(cè)程較長(zhǎng),測(cè)程可達(dá)6公里。

基本功能

三維測(cè)量真彩色點(diǎn)云,傳統(tǒng)測(cè)量概念里,所測(cè)的的數(shù)據(jù)輸出的都是二維結(jié)果(如CAD出圖),在測(cè)量?jī)x器里全站儀,GPS比重居多,但測(cè)量的數(shù)據(jù)都是二維形式的, 在逐步數(shù)字化的今天,三維已經(jīng)逐漸的代替二維,因?yàn)槠渲庇^是二維無(wú)法表示的,三維激光掃描儀每次測(cè)量的數(shù)據(jù)不僅僅包含X,Y,Z點(diǎn)的信息,還包括R,G,B顏色信息,同時(shí)還有物體反射率的信息,這樣全面的信息能給人一種物體在電腦里真實(shí)再現(xiàn)的感覺(jué),是一般測(cè)量手段無(wú)法做到的。
快速掃描是掃描儀誕生產(chǎn)生的概念,在常規(guī)測(cè)量手段里,每一點(diǎn)的測(cè)量費(fèi)時(shí)都在2-5秒不等,更甚者,要花幾分鐘的時(shí)間對(duì)一點(diǎn)的坐標(biāo)進(jìn)行測(cè)量,在數(shù)字化的今天,這樣的測(cè)量速度已經(jīng)不能滿足測(cè)量的需求,三維激光掃描儀的誕生改變了這一現(xiàn)狀,一開(kāi)始每秒1000點(diǎn)的測(cè)量速度已經(jīng)讓測(cè)量界大為驚嘆,而脈沖掃描儀(scanstation2)速度已經(jīng)達(dá)到50000點(diǎn)每秒,相位式掃描儀Surphaser三維激光掃描儀掃描速度已經(jīng)達(dá)到120萬(wàn)點(diǎn)每秒,這是三維激光掃描儀對(duì)物體詳細(xì)描述的基本保證,古遺跡,工廠管道,隧道,地形等復(fù)雜的領(lǐng)域無(wú)法測(cè)量已經(jīng)成為過(guò)去式。

 

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