地面三维激光扫描测量技术及其应用分析
地面三维激光扫描测量技术及其应用分析
宋宏1，2
(1.武汉大学测绘学院 武汉 430079；2.中煤航测遥感局 西安 710054)
摘 要：三维激光扫描技术是国际上近期发展的一项高新技术。目前许多发达国家已将这一先进技术用于空对地观测及工业测量系统，快速获取特定目标的主体模型，我国在863计划中也重点支持了这一研究方向。本文论述地面三维激光扫描技术的原理分类和应用现状，比较了相关技术方法之异同，评价了地面扫描仪优缺点，指出该技术面临的诸多挑战。
关键词：三维激光扫描技术 LIDAR激光雷达 地面激光扫描仪 近景摄影测量 三维建模
1 引言
激光扫描系统平台分为机载和地面两大类型。地面三维激光扫描系统，与激光测距技术点对点的距离测量不同，激光扫描技术的发展为人们在空间信息获取方面提供了全新的技术手段，使人们从传统的人工单点数据获取变为连续自动获取批量数据，提高了量测的精度与速度。
2 地面三维激光扫描技术的基本原理，仪器技术指标和分类
2.1 三维激光扫描仪测量原理
径向三维激光扫描仪是一种集成了多种高新技术的新型三维坐标测量仪器，采用非接触式高速激光测量方式，以点云形式获取地形及复杂物体表面的阵列式几何图形的三维数据。仪器要包括激光测距系统、扫描系统和支架系统，同时也集成CCD数字摄影和仪器内部校正等系统。典型的径向三维激光扫描仪有很多，如Optech ILRIS-36D、Leica HDS 3000、Mensi GX RD 200+等。
目前三维激光扫描仪主要采用TOF脉冲测距法(Time of Flight)，是一种高速激光测时测距技术，采用脉冲测距法的三维激光点坐标计算方法，如式（1）所示。三维激光扫描仪通过脉冲测距法获得测距观测值S，精密时钟控制编码器同步测量每个激光脉冲横向扫描角度观测值α和纵向扫描角度观测值θ。三维激光扫描测量一般使用仪器内部坐标系统，X轴在横向扫描面内，Y轴在横向扫描面内与X轴垂直，Z轴与横向扫描面垂直。由此可得三维光脚点P 坐标(X s，Ys，Zs)的计算公式：
图1三维激光扫描系统工作原理
图2 采用脉冲测距法的三维激光点坐标
2.2 地面扫描仪技术指标
1) 典型的地面三维激光扫描仪毫米级精度仪器见表1。
表1：中远距离的毫米级仪器装备主要技术指标
生产厂家 Optech Leica Mensi 产品 ILRIS-36D HDS3000 GX RD200+
激光安全性 Class 1 1500nm Class 3 Class 3 532nm 距离精度 7mm@100m 单点4mm@50 单点7mm@100m 定位精度 8mm@100m 6mm@50 单点12mm@100m
生产厂家 Optech Leica Mensi 最小测量距离 1.5m 1m 1m
最大测量距离 1500,1000,800
80% 40% 20%
DR型2600M
300m@90%
134m@18%
200m-90%
350m
扫描视角 110°V×360°H 270°V×360°H 60°V×360°H
内置数码相机 600万像素 100万24°×24°
共111幅图像
一体化彩色摄像机
5.5倍光学变焦
后处理软件 Polyworks/Inspector Cyclone Realworks 建模精度 3mm 2mm 2mm
2) 近距离的微米级仪器装备
如KINICA MINOLTA VIVID9i,扫描范围0.5～2.5m,以三角测量原理，由激光扫描物体，CCD接受物体表面的反射光。物体形状的测量通过三角测量，转换为3D网格图而获得，同时采集表面形态和颜色数据，有可变换的望远、中焦、广角镜头，适用大小不同的物体，可获850μm的测量精度。
FARO三维激光扫描测量臂(Laser ScanArm),1.2m长度测量臂可获25μm～50μm的测量精度。通常用于如彩俑头、佛头、青铜器、御玺等国宝进行微米级精细扫描及建模。
3 地面三维扫描与近景摄影测量等技术比较
3.1近景摄影测量
航空摄影测量与遥感[1]，近景摄影测量[2]，低空摄影测量(系留气球、无人机等) [3]，在20世纪80年代曾在文博部门的应用中异军突起，引起考古工作者广泛关注。近景摄影测量利用对300m以内目标所获取的图像来确定其形态，几何位置和大小。近景测量中的古建筑摄影测量是古建筑和文物立体图、平面图、等值线图、影像图的测绘，以及古建筑主要结构数据测定，资料具有档案价值[4]。和航测一样，近景摄影测量也经历了模拟、解析与数字阶段。
目前在数字近景摄影测量领域，有基于LIDAR 技术的地面三维扫描系统，还有基于数码相机与全站仪集成的多基线影像匹配系统Lensphoto[5],它们能生成一样的成果——被摄(被扫描)对象密集的点云DSM和三维立体景观，可用于煤堆，矿堆及各工种挖填方精确快速计算和制图。
3.2 传统测量技术
以古建筑测绘为例，传统测绘技术用钢尺、角尺、小平板仪、光学经纬仪、水准仪、红外测距仪和数码相机等，偶尔才用到激光经纬仪和全站仪。这种状况会继续存在。
地面三维扫描仪与全站仪的作业方法基本雷同，如果只进行离散点测量，地面扫描仪有着全站仪一样的测量精度，可用于传统的导线测量和后方交会测量；还可对地形外观进行扫描，获得高精度的点云数据，测制大比例尺数字地图。
4 地面三维扫描技术应用现状
传统的离散点测量数据很难重建目标原态的三维模型，三维激光扫描技术实现了目标原形从三维到三维的直接转化，成为后端技术基础数据平台或起点。
三维激光扫描系统可以深入到任何复杂的现场环境及空间中，通过三维激光扫描直接将各种大型的、复杂的、不规则、标准或非标准等实体或实景的三维数据完整的采集到电脑中，进而快速重构出目标的三维实体模型，同时，所采集的三维激光点云数据还可将目标的完整数据用于各种后处理工作(如：测绘、计量、应力分析、有限元分析、仿真分析、任务模拟、…等)，它是各种正向工程工具(如：CATIA、UG、CAD、有限元、流体动力、PDMS、PDS、GIS、VR、3DSMAX、MAYA、ERP、…等)对称应用工具。这种逆向工程的数据获取方式，目前在我国属薄弱领域。
三维激光扫描技术所涉及的应用，不是简单的商业问题，而是深刻的应用技术跨越。其领域包括：核电站、文物、考古、建筑业、航天、航空、船舶、制造、军工、军事、石化、医学、水利、能源、电力、交通、机械、影视、教学、科研、汽车、公安、市政建设……。
三维激光扫描系统在我国处于应用初级阶段，在建筑与文物保护，地面景观形体测定，城市三维可视化模型的建立，变形监测等领域均取得了应用成果。下面分类加以介绍。
4.1 工业和矿山测量
1) 复杂的工业设施、广场、车站测量
化工厂、炼油厂、核电站、运输站场等工矿企业，管线林立，错综复杂，用激光扫描仪分段扫描，获得三维点云数据，用软件将点云数据拼接、合并、建模，可生成三维可视化模型或图件。下图为煤航(香港)公司在香港最大的红勘火车站站台顶板测量项目中，应用三维激光扫描技术的实况。如图3、图4所示。
图3
站台顶板照片
图4站台顶板点云景观图
2) 带状地形图测量、地面景观形状测量、矿山测量
a. 分段扫描局部带状地区，拼接合并生成带状影像图，转换至国家或城市坐标系中，生成带状地图。主要用于线路两旁(铁路、公路、河流两岸等)局部不规则带状图测量。
b. 矿山测量。可用于矿山开挖方面的应用，如阜新露天矿爆破分析、土方计算、边坡稳定监测、开挖洞口定位分析等地形、体积、塌陷等测量。 4.2 建筑与文物保护
大型考古测量要综合利用空间遥感信息[6]，诸如航空摄影、卫星照片、多光谱卫星遥感影像、机载雷达影像等，对地面考古遗址开展无损探测和识别。同时结合地球物理探测技术和常规田野考古手段，勘探、发现考古遗址，进行考古测绘、文物保护、考古研究。三维激光扫描技术的发展为考古测量提供了崭新的手段。
这方面较完整的应用有：馆藏大型遗址——秦兵马俑二号坑三维建模[7]，故宫太和殿古建筑保存及修缮测量，长城资源调查，以及鸟巢和国家体育馆测定等。
图5为秦兵马俑二号坑三维建模工程。
图5 兵马俑二号坑6000m2整体三维数字模型
4.3 生物医学测量
该领域应用的扫描仪属近距离的微米级仪器装备。特点是测距短(＜4m), 测距精度高(＜1mm),可达0.005mm～1.5mm的高精度值。应用于外科整形、人体测量、矫正手术及馆藏珍贵文物的高精度扫描建模。
5 地面三维激光扫描技术的优缺点
三维激光扫描技术是基于LIDAR激光探测与测距系统。本文重点论述的地面三维扫描仪，是置于三角架上的LIDAR系统，它是数字近景摄影测量领域新的技术手段，三维激光扫描技术所涉及的应用是深刻的技术跨越，该技术目前优缺点可归纳如下： 地面三维扫描仪的优点：
速度快，现场节约时间，测量完整、精确，可多视角观察可视化三维点云模型。
不需要接触被测物体，光线昏暗甚至黑夜均可作业，特别是表面复杂的物体外形测量，并能色彩还原。
能标注和测量模型的相关数据，如距离、高差、体积、表面积、断面、截面、2D图等，或创建各种复杂几何形状，如弯头、锥形管等。
能将3D模型转换到CAD系统或不同软件操作平台的数据格式，进行三维建模。
地面三维扫描仪的缺点：
对地面三维扫描仪的使用，有专家列举考古遗址文件数据记录存在的不足，指出该技术正面临诸多挑战[8]，归纳如下：
地面扫描仪是个黑箱系统，难以检校；仪器昂贵，主要仪器售价在100万人民币以上，市场定位为高档设备。
扫描数据后处理时间可达数据采集所需时间的10倍，扫描易，处理难。
扫描数据拼接软件不完善，各厂家自成一体，互不兼容；缺乏标准化思考，缺乏实用而价格相对便宜的软件；考古学家、文物保护人员、建筑学家较难进一步使用三维建模成果开展专业研究工作。
三维建模有一定的主观性，非专业人士常受到虚拟动画的视觉迷惑，忽视了三维模型的可量测和科学性。
6 建议
综上所述在三维激光扫描技术应用中，必须面对测绘标准化课题[9]。要编制相应规范、规程，统一术语，制定精度要求数据规格，数据采集和后处理要求及成果精度评定方法等，推动测绘技术进步。
参考文献
[1]宋德闻等.秦始皇陵园的摄影测量与遥感工程[J].测绘学报，1990，19(1) 48～56
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[3]宋德闻等.西安半坡博物馆遗址图的测制——一次使用超低空垂直摄影技术的尝试[J].测绘通报，1987(5)
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[5]张祖勋等.摄影全站仪系统——数字摄影测量与全站仪的集成[J].测绘通报，2005(11)：1～5
[6]宋宏.遥感考古聚焦秦始皇陵(国家863计划考古遥感与地球物理综合探测技术.课题编号2002 AA130203)[J]， 煤航技术研究,2002,17(32) 21～22
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[8]Mathias Lemmens ,Shortcomings in Spatial Documentation of Heritage Sites，Laser Scanning Technology Challenged [J], GIM International,March 2007：25～29
[9]宋宏.三维激光扫描技术应用中的测绘标准化研究与探讨[J].测绘标准化，2007(4) 第23
卷 29～23
三维激光扫描测量技术及其在测绘领域的应用
三维激光扫描测量技术及其在测绘领域的应用 徐晓雄刘松林李白 随着信息技术研究的深入及数字地球、数字城市、虚拟现实等概念的出现，人们对空间三维信息的需求更加迫切。基于测距测角的传统工程测量方法，在理论、设备和应用等诸多方面都已相当成熟，新型的全站仪可以完成工业目标的高精度测量，GPS可以全天候、一天24小时精确定位全球任何位置的三维坐标，但它们多用于稀疏目标点的高精度测量。随着传感器、电子、光学、计算机等技术的发展，基于计算机视觉理论获取物体表面三维信息的摄影测量与遥感技术成为主流，但它在由三维世界转换为二维影像的过程中，不可避免地会丧失部分几何信息，所以从二维影像出发理解三维客观世界，存在自身的局限性。因此，上述获取空间三维信息的手段难以满足应用的需求，如何快速、有效地将现实世界的三维信息数字化并输入计算机成为解决这一问题的瓶颈。三维激光测量技术的出现和发展为空间三维信息的获取提供了全新的技术手段，为信息数字化发展提供了必要的生存条件。20世纪90年代，随着三维激光扫描测量装置在精度、速度、易操作性、轻便、抗干扰能力等性能方面的提升及价格的逐步下降，它在测绘领域成为研究的热点，应用领域不断扩展，逐步成为快速获取空间实体三维模型的主要方式之一。
使用国产地面激光扫描仪扫描的输电线三维模型 三维激光扫描测量技术的特点 三维激光扫描测量技术克服了传统测量技术的局限性，采用非接触主动测量方式直接获取高精度三维数据，能够对任意物体进行扫描，且没有白天和黑夜的限制，快速将现实世界的信息转换成可以处理的数据。它具有扫描速度快、实时性强、精度高、主动性强、全数字特征等特点，可以极大地降低成本，节约时间，而且使用方便，其输出格式可直接与CAD、三维动画等工具软件接口。目前，生产三维激光扫描仪的公司有很多，它们各自的产品在测距精度、测距范围、数据采样率、最小点间距、模型化点定位精度、激光点大小、扫描视场、激光等级、激光波长等指标会有所不同，可根据不同的情况如成本、模型的精度要求等因素进行综合考虑之后，选用不同的三维激光扫描仪产品。
三维激光扫描技术及其应用探讨
【摘要】本文首先对三维激光扫描技术的理论、系统组成、工作原理进行分析，对三维激光扫描技术的特点进行总结，对三维激光扫描流程进行探讨，并对三维激光扫描技术的应用进行研究。 【关键词】三维激光扫描；应用；测量 引言 三维激光扫描技术是对激光测距技等原理进行利用并以此获得数据的一种新型技术，广泛应用于变形监测、工程测量、地形测量、断面和体积测量等领域，具有一些优势，包括无需合作目标、精度较高、密度较高、效率较高以及全数字特征等。三维激光扫描技术能够真实描述扫描对象的整体结构，以及形态特性，能够迅速准确的生成三维数据模型，防止基于点数据的分析方法导致的片面性。把三维激光扫描技术和控制策略相互结合在一起，能够得到扫描目标的坐标。本文对有关三维激光扫描技术及其应用进行分析和探讨，不足之处，敬请指正。 1 三维激光扫描技术 三维激光扫描技术选用的是非接触式高速激光测量的方法，对相关物体几何数据及影音资料进行获取，最后利用后处理软件对数据进行处理和分析，转换成具有坐标系的三维空间坐标及模型，并能够用多种数据格式输出，满足空间数据库的数据源，以及三维激光扫描技术的不同应用需求。 1.1 系统组成 （1）三维激光扫描仪；（2）数码相机；（3）后处理软件；（4）电源以及附属设备。 1.2 工作原理 三维激光扫描技术利用设备内部的激光脉冲发射器，向相关目标物体发射一束激光脉冲，通过反光镜旋转，发射出的激光脉冲扫描目标，信号接收器接收反射回来的激光脉冲，对相关数据进行记录，包括每个激光脉冲从发射到被测物表面，然后返回设备所经过的时间，以此获取目标到扫描中心的距离，除此之外扫描控制模块对每一个激光脉冲的水平扫描角α和竖向扫描角β进行控制，最后经过后处理软件自动解算，得出目标的相对三维坐标，也就是云点，经过转换后，在绝对坐标系中表现为三维空间位置坐标或者模型。 1.3 三维激光扫描技术的特点 三维激光扫描技术的特点，可以总结为高精度、高速度、高分辨率、非接触式以及优良的兼容性等优势，甚至称之为测绘领域继gps技术之后的一次具有影响力的技术革命。利用和传统测量技术进行对比，包括全站仪、近景摄影测量以及航空摄影测量等，具体而言具有以下特点： （1）非接触式 三维激光扫描技术是一种非接触式的高速激光测量手段，无需布置反射棱镜，直接扫描目标体即可，通过对目标体表面云点的三维坐标数据进行采集。假如被测目标处于环境恶劣、人员甚至无法到达现场的情况，常规测量技术无法胜任此项任务，那么三维激光扫描技术的优势就被凸显出来。 （2）数字化程度较高、可扩展性 三维激光扫描技术所获取的数据均为数字信号数据，具有较高的数字程度，处理起来较为简便，可以便利的用于数据的分析、输出以及显示，后处理软件人机友好的用户界面，可以和其它软件及时进行数据共享，能够和外接数码相机、gps等设备相互配合使用，从而拓宽了各自的应用范围，因此三维激光扫描技术具有较好的可扩展性。 （3）高分辨率 三维激光扫描技术的分辨率较高，能够方便快捷的采集高质量、高密度的数据，这是高
三维激光扫描分类及工作操作规范
三维激光扫描分类及工作 操作规范 Revised by Hanlin on 10 January 2021
一、地面激光扫描系统 1、概述 地面激光扫描仪系统类似于传统测量中的全站仪，它由一个激光扫描仪和一个内置或外置的数码相机，以及软件控制系统组成。二者的不同之处在于激光扫描仪采集的不是离散的单点三维坐标，而是一系列的“点云”数据。这些点云数据可以直接用来进行三维建模，而数码相机的功能就是提供对应模型的纹理信息。 2、工作原理 三维激光扫描仪发射器发出一个激光脉冲信号，经物体表面漫反射后，沿几乎相同的路径反向传回到接收器，可以计算日标点P与扫描仪距离S，控制编码器同步测量每个激光脉冲横向扫描角度观测值α和纵向扫描角度观测值β。三维激光扫描测量一般为仪器自定义坐标系。X轴在横向扫描面内，Y轴在横向扫描面内与X轴垂直，Z轴与横向扫描面垂直。获得P的坐标。进而转 换成绝对坐标系中的三维空间位置坐标或三维模型。 3、作业流程 整个系统由地面三维激光扫描仪、数码相机、后处理软件、电源以及附属设备构成，它采用非接触式高速激光测量方式，获取地形或者复杂物体的几何图形数据和影像数据。最终由后处理软件对采集的点云数据和影像数据进行处理转换成绝对坐标系中的空间位置坐标或模型，以多种不同的格式输出，满足空间信息数据库的数据源和不同应用的需要。（1）、数据获取 利用软件平台控制三维激光扫描仪对特定的实体和反射参照点进行扫描，尽可能多的获取实体相关信息。三维激光扫描仪最终获取的是空间实体的几何位置信息，点云的发射密度值，以及内置或外置相机获取的影像信息。这些原始数据一并存储在特定的工程文件
三维激光扫描仪
利用三维激光扫描仪提取塌陷裂缝 张飞跃 （西安科技大学，陕西西安 710600） 摘要：三维激光扫描技术作为一种新兴的测量技术，是一种先进的、自动化的、非接触式、高精度三维激光技术，是继GPS之后测量技术的又一次革新。由于地面沉降引起的地裂缝是一种日趋普遍且显著的地质问题，对矿区地表作物及生态产生重大影响。利用三维激光扫描仪并结合数字图像技术提取塌陷裂缝是对三维激光技术应用的又一次扩展。论文对三维激光扫描仪进行了详细的介绍说明并通过对矿区实地数据的处理和分析，探索三维激光扫描仪在地表变形监测领域的应用理论和方法。 关键词：三维激光扫描技术，点云数据处理，数字滤波，裂缝信息提取 Using three-dimensional laser scanner to extract Surface crack ZHANG Fei-Yue (xi’an university of science and technology) Abstract：As a new measurement technique,three-dimensional laser scanning technology is an advanced, automated, non-contact, high-precision three-dimensional laser technology, following another GPS measurement technology innovations. Due to cracks caused by ground subsidence is a common and increasingly significant geological problems, there has a significant impact on the mine surface crops and https://www.360docs.net/doc/3c18119976.html,ing three-dimensional laser scanner and digital image technology to extract collapse crack is another expansion of three-dimensional laser technology .This paper has been illustrated and described in detail by mine field data processing and analysis for three-dimensional laser scanner,to explore the three-dimensional laser scanner application theory and methods in the field of surface deformation monitoring. Key words: Three-dimensional laser scanning technology，Point cloud data processing，Digital Filter，Cracks information extraction 0 引言 三维激光扫描系统是一种集高新科技于一身的空间数据获取系统。利用地面三维激光扫描技术，可以进行复杂地形地貌的地区或是管线设施密集的工厂进行扫描作业，并可以直接实现各种大型的、复杂的、不规则、标准或非标准的实体或实景三维数据完整的采集，进而快速重构出实体目标的三维模型及线、面、体、空间等各种制图数据。同时，还可对采集的三维激光点云数据进行各种后处理分析，如测绘、分析、模拟、展示、监测、虚拟现实等操作。 在矿山开采沉陷研究中，传统地表沉陷观测方法在地表变形盆地主断面上步设一定密度的监测点获取地表变形数据。监测点数量有限，并且在较长的观测周期中出现因监测点难以保护而造成点位丢失的现象，给之后的数据处理工作带来
地面三维激光扫描技术在测绘中的应用
地面三维激光扫描技术在测绘中的应用 发表时间：2018-11-21T16:53:28.040Z 来源：《防护工程》2018年第20期作者：房劲松张永洁[导读] 随着全球化进程的不断推进，我国科学技术的不断提高，在工程的测绘技术当中也取得了巨大的进步，地面三维激光扫描技术就是其中较为出色的应用。 天津华铁工程咨询有限公司天津市 300011 摘要：随着全球化进程的不断推进，我国科学技术的不断提高，在工程的测绘技术当中也取得了巨大的进步，地面三维激光扫描技术就是其中较为出色的应用。对比传统的工程测绘方式，地面三维激光扫描技术有着高科技、易操作、精度高等特点，配合可视化技术的深入应用，地面三维激光扫描技术不仅在工程方面，在其他行业中也得到了大量的应用和快速的发展。 关键词：三维激光扫描技术；测绘；应用 引言：三维激光扫描技术是近年来在GPS 技术之后出现的一项新兴测绘技术。与传统测绘技术相比不同的是，在三维激光扫描技术中能够通过先进的技术手段实现对复杂环境当中空间的深入测绘。 一、三维激光扫描技术介绍 三维激光扫描技术是信息科技化时代的一门新技术，最先是在国外研究开发而成的。它主要是以三维激光扫描仪作为主要仪器设备，根据激光测距的基本原理，运用扫描镜、伺服马达设备，根据既定目标要求对相关的领域进行扫描定位，从而按流程获取三维坐标和纹理信息，进而体现三维场景。三维激光扫描技术是一项系统的流程，通过进行准确定位、测量、记录、计算然后上传从而完成整个扫描定位过程。根据扫描空间的不同，具体可以分成地面激光扫描技术和空中激光扫描技术，在国外很多国家三维激光扫描技术应用领域比较广泛，应用在船舶、航天航空、建筑业、军事、医学、交通、汽车、考古等多方面领域都有所涉及和应用，国内的话主要在考古和工程建设方面应用比较多，比较常见。由于空中激光扫描技术都有固定的领域、模式和应用途径，所以本文主要研究地面激光扫描技术，其实操作流程非常简单，主要是运用水平与垂直的全自动高精度进行扫描，进而根据具体原理和测算公式画出明确的三维坐标，从而实现和真实情况相一致的虚拟三维模拟场景。地面型三维激光扫描技术主要组成部分是三维激光扫描仪、数码相机、内部控制软件等组成。 二、地面三维激光扫描技术的特征 一是分辨率高、精度高。三维激光扫描技术能够快速准确地获得被测物体的表面的海量点云信息，从而运用测点的间隔位置，对扫描对象的表面进行高密度三维数据信息采集，分辨率非常精确，甚至可以达到2 至3 毫米。而且不需要与扫描物体进行直接接触，不需要发反射棱镜，对扫描物体也不用进行任何的操作或者移动，从而自动获取三维数据，并且数据信息非常稳定。这是传统的扫描测量技术所不能实现的。三是，数据采样率高，主要是运用脉冲激光进三维激光扫描仪进行扫描，采样点的速率高达几千点每秒，如果要是运用相位激光方法测量的三维激光扫描仪，采样点的速率高达几十万点每秒。四是效率快。地面三维激光扫描技术由于采用的是非接触式测量方式，直接能够从被测目标表面获取信息，因此采集信息非常快，获得信息效高，大大提高了信息采集速度。 三、地面三维激光扫描技术在工程测量中的实际应用情况探析 目前地面三维激光扫描技术在工程测量中的应用领域非常广泛，建筑行业已经对地面三维激光扫描技术非常重视，并从实际应用中体验到地面三维激光扫描技术的优势，目前地面三维激光扫描技术在工程测量中的专业应用方面主要包括地形图的测绘、测算土方量、测量竣工、以及构建三维模型。具体在工程测量中的应用一定要按照流程进行，一是要在扫描前期进行贮备，二是在扫描过程中对点云数据进行全面收集和采集，三是对点云信息进行配准核对，最后是对点云信息数据进行分析处理。 3.1地面三维激光扫描技术在地形图的测绘领域的应用 这种技术主要是为了解决采用传统的测量方式不能测量的情况，比如在断臂地区等，可以运用激光扫描技术运用非接触性手段，测量被测目标的地貌等，在进行地形图的测绘过程中，在进行点云数据的处理分析时必须要结合周边的地形地貌以及外界因素进行全面数据收集和测量，不能单一地只对测量目标进行信息采集，否则这样就会造成地形图的不完整、不全面、不系统，不能对工程施工开展提供准确和全面的测量信息和数据支持。需要说明的是在提取和绘制地物的过程中，要进行信息的全面提取，充分运用三维激光扫描技术的软件性能，对点云数据的房屋的具体角度、地点进行选取，进而按照软件编程和技术规范进行绘制，按照公式进行计算从而确定具体比例，完成整个绘制的全过程。在计算等高线时，要对地物地貌的点云数据进行排除，从而运用人工绘制和自动绘制两种方式相结合的方式，具体可以应用平均面迭代法进行不必要的数据排除，然后在此基础上进行数据计算，这是一个反复的过程，只有多次进行测算和数据排除，才能保证获取准确的地物地貌数据。最后一步成图制作和编辑阶段，这时候需要根据前两步对等高线、地形图之间的关系进行系统分析，将所有的数据进行叠加计算，对照实际采集的照片和计算的点云数据，从而进行手工校对和核实、调整。总之通过运用地面三维激光扫描技术在进行地形图测绘时可以大大提高测绘效率、准确性，克服信息采集的模式和难度，更容易获得地貌的具体特征。 3.2地面三维激光扫描技术在土方量计算领域的应用 该技术的主要流程是第一步进行图点云数据处理，以此设计基准面，再是对地物进行剔除，最后按照计算公式得出土方量。这个过程必须要注意的是要和工程实际相结合，对各个控制点进行准确测算和监控，从而提高准确性。比如在某个工程中，需要根据道路纵横断的信息，对土方填挖量进行计算，这时按步骤进行一步步操作，第一步收集数据，包括设计道路的纵横断、道路红线以及边坡三个方面的数据，第二部构建模型，在收集完数据之后根据相关技术构建曲面模型，第三部运用外也扫描数据建立实地的地面模型，并进行坐标转化。最后一步，将曲面模型和地面模型按比例进行增减计算，从而核算出土方量。 3.3地面三维激光扫描技术在道路竣工测量的应用 该技术主要是通过三维激光扫描仪代替水准仪进行测绘，从而获得道路中的样图以及纵横段，它进一步减少的外业的工作强度，全面促进工作效率的提高。具体流程是首先转换坐标系，然后提取三维坐标、等高线生成，最后绘制道路样图和纵横断，在精确度方面有很大的优势。 3.4地面三维激光扫描技术在三维模型构建方面的应用
三维激光扫描在旧建筑物改造中的应用
三位激光扫描在旧建筑物改造中的应用 令狐采学 摘要：本文提出将三位激光扫描技术应用于旧建筑物改造过程中；三位激光扫描技术能够快速、高效、高精度的获取测量目标的表面三维数据，进而快速、高效的获取旧建筑物的高精度平面、立面、剖面图，为旧建筑物改造设计、工程量计算、造价等提供基础。结合工程实例，分析总结三维激光扫描在旧建筑物改造中应用的一般流程和点云数据处理方法。 关键词：三维激光扫描；旧建筑物改造；点云； 1引言 随着时间的推移，许多旧办公楼出现了不同程度的饰面老化，设施落后、屋面漏水等问题。同时随着信息产业的发展，智能化水平的不断提高，办公方式也发生了翻天覆地的变化，老旧办公建筑的空间布局与现代办公的需要显得格格不入，以至于不能很好的满足现代办公的需求所以一些职能部门办公楼的硬件设施亟需重新建设。 在这种情况下，大部分地区对这些办公楼采取的措施就是简单的拆除重建，不仅造成了环境污染，同时也造成了巨大的资源浪费。随着人们生对环境污染认识的提高和资源危机意识的增强，社会上对旧建筑再利用的呼声也日益高涨，有计划的对旧建筑进行适应性改造及再利用是大势所趋，而平面图，立面图和剖面图是旧建筑改造的根本。平、立、剖面图可以为建筑物改造重新设计，制定改造方案，改造工程量初步计算等提供依据。传统的绘制建筑物平立剖面图的方法有如下几种：一是用皮尺量取建筑物长度，层高等建筑结构相对几何关系进行绘制，这种方法投入的仪器设备少，不受场地影响，但所获得的测量数据少，人工费用高，精度低，效率低。二采用全站仪获取建筑物三维坐标，配合野外绘制的草图并使用相机拍摄图片然后进行绘制。这种方法投入设备多，人员多，工作量大且在人流量、车流量大的地区
地面三维激光扫描测量技术及其应用分析
地面三维激光扫描测量技术及其应用分析 宋宏1，2 (1.武汉大学测绘学院 武汉 430079；2.中煤航测遥感局 西安 710054) 摘 要：三维激光扫描技术是国际上近期发展的一项高新技术。目前许多发达国家已将这一先进技术用于空对地观测及工业测量系统，快速获取特定目标的主体模型，我国在863计划中也重点支持了这一研究方向。本文论述地面三维激光扫描技术的原理分类和应用现状，比较了相关技术方法之异同，评价了地面扫描仪优缺点，指出该技术面临的诸多挑战。 关键词：三维激光扫描技术 LIDAR激光雷达 地面激光扫描仪 近景摄影测量 三维建模 1 引言 激光扫描系统平台分为机载和地面两大类型。地面三维激光扫描系统，与激光测距技术点对点的距离测量不同，激光扫描技术的发展为人们在空间信息获取方面提供了全新的技术手段，使人们从传统的人工单点数据获取变为连续自动获取批量数据，提高了量测的精度与速度。 2 地面三维激光扫描技术的基本原理，仪器技术指标和分类 2.1 三维激光扫描仪测量原理 径向三维激光扫描仪是一种集成了多种高新技术的新型三维坐标测量仪器，采用非接触式高速激光测量方式，以点云形式获取地形及复杂物体表面的阵列式几何图形的三维数据。仪器要包括激光测距系统、扫描系统和支架系统，同时也集成CCD数字摄影和仪器内部校正等系统。典型的径向三维激光扫描仪有很多，如Optech ILRIS-36D、Leica HDS 3000、Mensi GX RD 200+等。 目前三维激光扫描仪主要采用TOF脉冲测距法(Time of Flight)，是一种高速激光测时测距技术，采用脉冲测距法的三维激光点坐标计算方法，如式（1）所示。三维激光扫描仪通过脉冲测距法获得测距观测值S，精密时钟控制编码器同步测量每个激光脉冲横向扫描角度观测值α和纵向扫描角度观测值θ。三维激光扫描测量一般使用仪器内部坐标系统，X轴在横向扫描面内，Y轴在横向扫描面内与X轴垂直，Z轴与横向扫描面垂直。由此可得三维光脚点P 坐标(X s，Ys，Zs)的计算公式： 图1三维激光扫描系统工作原理 图2 采用脉冲测距法的三维激光点坐标 2.2 地面扫描仪技术指标 1) 典型的地面三维激光扫描仪毫米级精度仪器见表1。 表1：中远距离的毫米级仪器装备主要技术指标 生产厂家 Optech Leica Mensi 产品 ILRIS-36D HDS3000 GX RD200+ 激光安全性 Class 1 1500nm Class 3 Class 3 532nm 距离精度 7mm@100m 单点4mm@50 单点7mm@100m 定位精度 8mm@100m 6mm@50 单点12mm@100m
三维激光扫描仪的原理与其应用
三维激光扫描仪 2.1三维激光扫描仪研究背景 自上个世纪60年代激光技术已经开始出现，激光技术以其单一性和高聚积度在20世纪获得巨大发展。实现了从一维到二维直至今天广泛应用的三维测量的发展，实现了无合作目标的快速高精度测量。而且数字地球，数字城市等一系列概念的提出，我们可以看到：信息表达从二维到三维方向的转化，从静态到动态的过渡将是推动我国信息化建设和社会经资源环境可持续发展的重要武器。目前，各种各样的三维数据获取工具和手段不断地涌现，推动着三维空间数据获取向着实时化、集成化、数字化、动态化和智能化的方向不断地发展，三维建模和曲面重构的应用也越来越广泛[1]。传统的测绘技术主要是单点精确测量，难以满足建模中所需要的精度、数量以及速度的要求。而三维激光扫描技术采用的是现代高精度传感技术，它可以采用无接触方式，能够深入到复杂的现场环境及空间中进行扫描操作。可以直接获取各种实体或实景的三维数据，得到被测物体表面的采样点集合“点云”，具有快速、简便、准确的特点。基于点云模型的数据和距离影像数据可以快速重构出目标的三维模型，并能获得三维空间的线、面、体等各种实验数据，如测绘、计量、分析、仿真、模拟、展示、监测、虚拟现实等。 其中，地面三维激光扫描技术的研究，已经成为测绘领域中的一个新的研究热点。它采用非接触式高速激光测量的方式，能够获取复杂物体的几何图形数据和影像数据，最终由后处理数据的软件对采集的点云数据和影像数据进行处理，并转换成绝对坐标系中的空间位置坐标或模型，能以多种不同的格式输出，满足空间信息数据库的数据源和不同项目的需要。目前这项技术已经广泛应用到文物的保护、建筑物的变形监测、三维数字地球和城市的场景重建、堆积物的测定等多个方面。 2.2 三维激光扫描技术研究现状 2.2.1 主要的三维激光扫描仪介绍 随着三维激光扫描技术研究领域的不断扩大，生产扫描仪的商家也越来越多。主要的有瑞士Leica公司，美国的FARO公司和3D DIGITAL公司、奥地利的RIGEL公司、加拿大的OpTech公司、法国MENSI公司、中国的北京荣创兴业科技发展公司等。这些扫描仪在扫描距离、扫描精度、点间距和数量、光斑点的大小等指标有所不同[2]。主要的分类见图1-1和表1-1。
三维激光扫描技术
三维激光扫描技术 三维激光扫描技术 三维激光扫描技术又被称为实景复制技术，作为20 世纪90 年代中期开始出现的一项高新技术，是测绘领域继GPS技术之后的又一次技术革命，通过高速激光扫描测量的方法，大面积、高分辨率地快速获取物体表面各个点的(x.y.z)坐标、反射率、(R.G.B)颜色等信息，由这些大量、密集的点信息可快速复建出1:1的真彩色三维点云模型，为后续的业处理、数据分析等工作提供准确依据。具有快速性，效益高、不接触性、穿透性、动态、主动性，高密度、高精度，数字化、自动化、实时性强等特点，很好的解决了目前空间信息技术发展实时性与准确性的颈瓶。它突破了传统的单点测量方法，具有高效率、高精度的独特优势。三维激光扫描技术能够提供扫描物体表面的三维点云数据，因此可以用于获取高精度高分辨率的数字地形模型，主要通过高速激光扫描测量的方法，大面积高分辨率地快速获取被测对象表面的三维坐标数据，大量的空间点位信息。是快速建立物体的三维影像模型的一种全新的技术手段。三维激光扫描技术使工程大数据的应用在众多行业成为可能。如工业测量的逆向工程、对比检测；建筑工程中的竣工验收、改扩建设计；测量工程中的位移监测、地形测绘；考古项目中的数据存档与修复工程等等。 三维激光扫描原理 三维激光扫描仪利用激光测距的原理，通过高速测量记录被测物体表面大量的密集的点的三维坐标、反射率和纹理等信息，可快速复建出被测目标的三维模型及线、面、体等各种图件数据。由于三维激光扫描系统可以密集地大量获取目标对象的数据点，因此相对于传统的单点测量，三维激光扫描技术也被称为从单点测量进化到面测量的革命性技术突破。 三维激光扫描技术引入建筑工程的意义 随着三维扫描技术的发展与成熟，它很快成为空间数据获取的一种重要技术手段，并在很多行业引起技术性变革的热潮。目前，国建筑行业处于变革的阶段，BIM在我们从事的行业中引爆，但是都处于一种建模，碰撞分析，检测等方面，但都没有深入衔接现实，忽略施工工地数据流与建筑信息模型间的流通转化，何谈运维，所以bim模型去哪了？并没有贯穿到bim 的全生命周期中去。三维激光扫描技术在BIM中的应用是最基础的一个重要环节，对现场实际数据的采
浅谈三维激光扫描技术原理及应用
浅谈三维激光扫描技术原理及应用 摘要：三维激光扫描技术是—种新型的测绘技术，被称为“实景复制技术”。本文介绍了三维激光扫描仪的系统分类、基本原理、技术特点，探讨了三维激光扫描技术的应用。 关键词：三维激光扫描技术工作原理技术特点应用 1、引言 近年来，随着工程测量服务领域的不断拓宽以及三维设计制造对测量精度的要求，传统的测量仪器如全站仪、断面仪等已不能满足高精度的三维坐标采集和“逆向工程”的需要。相比这些传统的测量技术，三维激光扫描技术具有极大的技术优势，特别是在数据采集方面，具有高效、快捷、精确、简便等特点，被广泛的应用于各个领域。 2、三维激光扫描技术 随着三维激光扫描仪在工程领域的广泛应用,这项国际上近期发展的高新技术已经引起了广大科研人员的关注。这种技术采用非接触式高速激光测量方式，来获取地形或复杂物体的几何图形数据和影像数据，最终通过后处理软件对采集的点云数据和影像数据进行处理分析，转换成绝对坐标系中的三维空间位置坐标或者建立结构复杂、不规则场景的三维可视化模型，既省时又省力,同时点云还可输出多种不同的数据格式，做为空间数据库的数据源和满足不同应用的需要。 2.1 三维激光扫描系统组成 整个系统通常由以下四部分组成：1)三维激光扫描仪；2）数码相机；3）后处理软件；4)电源以及附属设备。如图1： 图1 地面激光扫描仪系统组成与坐标系 2.2 三维激光扫描仪的分类 三维激光扫描仪按照扫描平台可以分为：机载(或星载)激光扫描系统、地面型激光扫描系统、便携式激光扫描系统。 三维激光扫描仪作为现今时效性最强的三维数据获取工具，按照其有效扫描距离可进行如下分类： (1)短距离激光扫描仪：其最长扫描距离不超过3m，一般最佳扫描距离为
三维激光扫描
9.3三维激光扫描仪及其在地形测量中的应用 三维激光扫描仪是无合作目标激光测距仪与角度测量系统组合的自动化快速测量系统，在复杂的现场和空间对被测物体进行快速扫描测量，直接获得激光点所接触的物体表面的水平方向、天顶距、斜距、和反射强度，自动存储并计算，或得点云数据。最远测量距离可达数千米，最高扫描频率可达每秒几十万，纵向扫描角θ接近90o，横向可绕仪器竖轴进行360o全圆扫描，扫描数据可通过TCP/IP协议自动传输到计算机，外置数码相机拍摄的场景图像可通过USB数据线同时传输到电脑中。点云数据经过计算机处理后，结合CAD可快速重构出被测物体的三维模型及线、面、体、空间等各种制图数据。 目前，生产三维激光扫描仪的公司很多，典型的有瑞典的Leica公司、美国的3DDIGITAL公司和Polhemus公司、奥地利的RIGEL公司、加拿大的OpTech 公司等。它们各自产品的测距精度、测距范围、数据采样率、最小点间距、模型化点定位精度、激光点大小、扫描视场、激光等级、激光波长等指标会有所不同，可根据不同的情况如成本、模型的精度要求等因素进行综合考虑之后，选用不同的三维激光扫描扫描仪产品。图12-21是几种不同型号的地面三维激光扫描仪。 一、地面三维激光扫描仪测量原理 无论扫描仪的类型如何，三维激光扫描仪的构造原理都是相似的。三维激光扫描仪的主要构造是由一台高速精确的激光测距仪，配上一组可以引导激光并以均匀角速度扫描的反射棱镜组成。激光测距仪主动发射激光，同时接受由自然物表面反射的信号从而可以进行测距，针对每一个扫描点可测得测站至扫描点的斜距，再配合扫描的水平和垂直方向角，可以得到每一扫描点与测站的空间相对坐标。如果测站的空间坐标是已知的，则可以求得每一个扫描点的三维坐标。地面三维激光扫描仪测量原理图如图12-22所示。 地面三维激光扫描仪测量原理主要分为测距、扫描、测角和定向等4个方面。 1.测距原理 激光测距作为激光扫描技术的关键组成部分，对于激光扫描的定位、获取空间三维信息具有十分重要的作用。目前，测距方法主要有脉冲法和相位法。 脉冲测距法是通过测量发射和接收激光脉冲信号的时间差来间接获得被测目标的距离。激光发射器向目标发射一束脉冲信号，经目标反射后到达接收系统，
地面三维激光扫描仪在地形图测量中应用
北京北科天绘科技有限公司规范U-Arm工程作业规范 北京北科天绘科技有限公司 2013年8月25日
目录 1背景说明 (4) 2参考文献 (4) 3基本作业流程 (4) 3.1GPS+RTK测量 (4) 3.1.1设备配置 (4) 3.1.2作业流程 (5) 3.2对中后视 (6) 3.2.1设备配置 (6) 3.2.2作业流程 (6) 3.3内置GPS+指北仪 (7) 3.3.1设备配置 (7) 3.3.2作业流程 (7) 3.4同名点 (8) 3.4.1设备配置 (8) 3.4.2作业流程 (8) 4应用作业参考流程 (8) 4.1基线测量 (8) 4.1.1测量环境及成果要求 (8) 4.1.2设备配置 (9) 4.1.3作业流程 (9) 4.2地形图测量 (10) 4.2.1测量环境及成果要求 (10) 4.2.2设备配置 (10) 4.2.3作业流程 (10) 4.3三维数字模型 (11) 4.3.1测量环境及成果要求 (11) 4.3.2设备配置 (11) 4.3.3作业流程 (12)
5附件A：作业表格 (13) 6附件B: 拼接方式对比 (15)
2.UiUA用户手册 3基本作业流程 3.1 GPS+RTK测量 3.1.1设备配置 表1 RTK测量配置表
匹配，察看标志点能否在点云文件中清晰识别出来； 8.控制点坐标测量：利用RTK移动站，实时差分测量所布设控制点坐标并记 录； 9.搬站：数据采集过程中填写外场作业记录表，一站数据采集完成后，将设 备搬至下一站，按照上述同样步骤进行数据采集。
3.2 对中后视 3.2.1设备配置 表2 对中后视配置表 6.数据质量检查：将测站点坐标和后视点坐标输入到解算软件中，解算扫描 点云文件，察看转换后的靶标点云坐标和已知坐标是否一致； 7.搬站：数据采集过程中填写外场作业记录表，一站数据采集完成后，将设 备搬至下一站，按照上述同样步骤进行数据采集。
三维激光扫描测量技术探究及应用
三维激光扫描测量技术探究及应用 如何快速、准确、有效地获取空间三维信息，是许多学者深入研究的课题。随着信息技术研究的深入及数字地球、数字城市、虚拟现实等概念的出现，尤其在当今以计算机技术为依托的信息时代，人们对空间三维信息的需求更加迫切。基于测距测角的传统工程测量方法，在理论、设备和应用等诸多方面都已相当成熟，新型的全站仪可以完成工业目标的高精度测量，GPS可以全天候、一天24小时精确定位全球任何位置的三维坐标，但它们多用于稀疏目标 如何快速、准确、有效地获取空间三维信息，是许多学者深入研究的课题。随着信息技术研究的深入及数字地球、数字城市、虚拟现实等概念的出现，尤其在当今以计算机技术为依托的信息时代，人们对空间三维信息的需求更加迫切。基于测距测角的传统工程测量方法，在理论、设备和应用等诸多方面都已相当成熟，新型的全站仪可以完成工业目标的高精度测量，GPS可以全天候、一天24小时精确定位全球任何位置的三维坐标，但它们多用于稀疏目标点的高精度测量。随着传感器、电子、光学、计算机等技术的发展，基于计算机视觉理论获取物体表面三维信息的摄影测量与遥感技术成为主流，但它在由三维世界转换为二维影像的过程中，不可避免地会丧失部分几何信息，所以从二维影像出发理解三维客观世界，存在自身的局限性。因此，上述获取空间三维信息的手段难以满足应用的需求，如何快速、有效地将现实世界的三维信息数字化并输入计算机成为解决这一问题的瓶颈。 三维激光测量技术的出现和发展为空间三维信息的获取提供了全新的技术手段，为信息数字化发展提供了必要的生存条件。激光测量技术出现于上世纪80年代，由于激光具有单色性、方向性、相干性和高亮度等特性，将其引入测量装置中，在精度、速度、易操作性等方面均表现出巨大的优势，它的出现引发了现代测量技术的一场革命，引起相关行业学者的广泛关注，许多高技术公司、研究机构将研究方向和重点放在激光测量装置的研究中。随着激光技术、半导体技术、微电子技术、计算机技术、传感器等技术的发展和应用需求的推动，激光测量技术也逐步由点对点的激光测距装置发展到采用非接触主动测量方式快速获取物体表面大量采样点三维空间坐标的三维激光扫描测量技术。随着三维激光扫描测量装置在精度、速度、易操作性、轻便、抗干扰能力等性能方面的提升及价格方面的逐步下降，20世纪90年代，其在测绘领域成为研究的热点，扫描对象不断扩大，应用领域不断扩展，逐步成为快速获取空间实体三维模型的主要方式之一，许多公司都推出了不同类型的三维激光扫描测量系统。上世纪90年代中后期，三维激光扫描仪已形成了颇具规模的产业。 三维激光扫描测量技术克服了传统测量技术的局限性，采用非接触主动测量方式直接获取高精度三维数据，能够对任意物体进行扫描，且没有白天和黑夜的限制，快速将现实世界的信息转换成可以处理的数据。它具有扫描速度快、
三维激光扫描测量技术及其在测绘领域的应用
三维激光扫描测量技术及其在测绘领域的应用三维信息获取技术，也称为三维数字化技术。它研究如何获取物体表面空间坐标，得到物体三维数字化模型的方法。这一技术广泛应用于国民经济和社会生活的许多领域，如在自动化测控系统中，可以测微小、巨大、不规则等常规方法难以测量物体。 随着信息技术研究的深入及数字地球、数字城市、虚拟现实等概念的出现，人们对空间三维信息的需求更加迫切。基于测距测角的传统工程测量方法，在理论、设备和应用等诸多方面都已相当成熟，新型的全站仪可以完成工业目标的高精度测量，GPS 可以全天候、一天24小时精确定位全球任何位置的三维坐标，但它们多用于稀疏目标点的高精度测量。随着传感器、电子、光学、计算机等技术的发展，基于计算机视觉理论获取物体表面三维信息的摄影测量与遥感技术成为主流，但它在由三维世界转换为二维影像的过程中，不可避免地会丧失部分几何信息，所以从二维影像出发理解三维客观世界，存在自身的局限性。因此，上述获取空间三维信息的手段难以满足应用的需求，如何快速、有效地将现实世界的三维信息数字化并输入计算机成为解决这一问题的瓶颈。三维激光测量技术的出现和发展为空间三维信息的获取提供了全新的技术手段，为信息数字化发展提供了必要的生存条件。20世纪90年代，随着三维激光扫描测量装置在精度、速度、易操作性、轻便、抗干扰能力等性能方面的提升及价格的逐步下降，它在测绘领域成为研究的热点，应用领域不断扩展，逐步成为快速获取空间实体三维模 型的主要方式之一。
使用国产地面激光扫描仪扫描的输电线三维模型 三维激光扫描测量技术的特点 三维激光扫描测量技术克服了传统测量技术的局限性，采用非接触主动测量方式直接获取高精度三维数据，能够对任意物体进行扫描，且没有白天和黑夜的限制，快速将现实世界的信息转换成可以处理的数据。它具有扫描速度快、实时性强、精度高、主动性强、全数字特征等特点，可以极大地降低成本，节约时间，而且使用方便，其输出格式可直接与CAD、三维动画等工具软件接口。目前，生产三维激光扫描仪的公司有很多，它们各自的产品在测距精度、测距范围、数据采样率、最小点间距、模型化点定位精度、激光点大小、扫描视场、激光等级、激光波长等指标会有所不同，可根据不同的情况如成本、模型的精度要求等因素进行综合考虑之后，选用不同的三维激光扫描仪产品。
三维激光扫描仪分类及原理
三维激光扫描仪分类及原理 地面三维激光扫描技术的出现是以三维激光扫描仪的诞生为代表，有人称“三维激光扫描系统”是继GPS (Global Position System)技术以来测绘领域的又一次技术革命。三维激光扫描技术是一种先进的全自动高精度立体扫描技术，又称为“实景复制技术”，是继GPS空间定位技术后的又一项测绘技术革新，将使测绘数据的获取方法、服务能力与水平、数据处理方法等进入新的发展阶段。传统的大地测量方法，如三角测量方法，GPS测量都是基于点的测量，而三维激光扫描是基于面的数据采集方式。三维激光扫描获得的原始数据为点云数据。点云数据是大量扫描离散点的结合。三维激光扫描的主要特点是实时性、主动性、适应性好。三维激光扫描数据经过简单的处理就可以直接使用，无需复杂的费时费力的数据后处理；且无需和被测物体接触，可以在很多复杂环境下应用；并且可以和GPS等集合起来实现更强、更多的应用。三维激光扫描技术作为目前发展迅猛的新技术，必定会在诸多领域得到更深入和广泛的应用。 对空间信息进行可视化表达，即进行三维建模，通常有两类方法：基于图像的方法和基于几何的方法。基于图像的方法是通过照片或图片来建立模型，其数据来源是数码相机。而基于几何的方法是利用三维激光扫描仪获取深度数据来建立三维模型，这种方法含有被测场景比较精确的几何信息。 三维激光扫描仪的分类： 三维激光扫描仪按照扫描平台的不同可以分为：机载(或星载)激光扫描系统、地面型激光扫描系统、便携式激光扫描系统。 三维激光扫描仪作为现今时效性最强的三维数据获取工具可以划分为不同的类型。通常情况下按照三维激光扫描仪的有效扫描距离进行分类，可分为：（1）短距离激光扫描仪：其最长扫描距离不超过3m，一般最佳扫描距离为0. 6～1. 2 m，通常这类扫描仪适合用于小型模具的量测，不仅扫描速度快且精度较高，可以多达三十万个点精度至±0.018 mm。例如:美能达公司出品的VIVID 910高精度三维激光扫描仪，手持式三维数据扫描仪FastScan等等，都属于这类扫描仪。 （2）中距离激光扫描仪：最长扫描距离小于30 m的三维激光扫描仪属于中距离三维激光扫描仪，其多用于大型模具或室内空间的测量。
三维激光扫描技术
激光扫描仪是借着扫描技术来测量工件的尺寸及形状等工作的一种仪器，激光扫瞄仪必须采用一个稳定度及精度良好的旋转马达，当光束打 ( 射) 到由马达所带动的多面棱规反射而形成扫瞄光束。由于多面棱规位于扫瞄透镜的前焦面上，并均匀旋转使激光束对反射镜而言，其入射角相对地连续性改变，因而反射角也作连续性改变，经由扫瞄透镜的作用，形成一平行且连续由上而下的扫瞄线。 由于扫瞄法系以时间为计算基准，故又称为时间法。它是一种十分准确、快速且操作简单的仪器，且可装置于生产在线，形成边生产边检验的仪器。激光扫瞄仪的基本结构包含有激光光源及扫瞄器、受光感 ( 检) 测器、控制单元等部分。激光光源为密闭式，较不易受环境的影响，且容易形成光束，目前常采用低功率的可见光激光，如氦氖激光、半导体激光等，而扫瞄器为旋转多面棱规或双面镜，当光束射入扫瞄器后，即快速转动使激光光反射成一个扫瞄光束。光束扫瞄全程中，若有工件即挡住光线，因此可以测知直径大小。测量前，必须先用两支已知尺寸的量规作校正，然后所有测量尺寸若介于此两量规间，可以经电子信号处理后，即可得到待测尺寸。因此，又称为激光测规。 激光扫瞄仪在工业生产在线检测产品时，利用这种非接触式而不需停机，甚至设有自动警报及回馈控制等功能。测量范围从0.25 mm~457 mm之间，精度可达。 激光扫描的原理是什么？ 原理比较简单，事实上和全息照片有着相同的原理，首先，需要将激光分成两束，一束光照射物件，一束直接照到底片上，使感光原件感光。从这是利用了从物体后部反射的激光束与物体前部反射的激光束所走过的距离不同，因此与直接照射的参考光束所形成的干涉条纹不同，而三维型激光扫描仪则记录了全部的条纹，也就记下了物体的立体形象，只要再用激光去照射全息图片，就可以显出物体的真面目。观看这样的图片时，只要改变观察的角度，就可以看到被前面物体挡住的部分，而且从这机关报照片中任意剪下一小块，都可从它看到物体的全貌，只是观察的窗口较窄，就好比从钥匙口看室内的情况一样。 三维激光扫描仪测控技术及回波信号处理方法的研究 近些年来，随着数字化技术的迅速发展，各种不同领域对于获取原始数据信息的需求也日益增多。其它相关技术如计算机、机械制造等的进步和发展，使人们获取信息的方法和技术变得多种多样。三维激光扫描技术是其中一种利用激光脉冲对物体表面进行扫描从而获取其表面特征信息的技术，它适用于中近距离的宽场景、大物体的快速高精度扫描，为建立场景的三维模型提供了必要而且准确的工具。通过与计算机的连接，三维激光扫描的后处理技术可以使扫描结果得到更为广泛的应用。本文对三维激光扫描仪的测控系统技术及通过对回波信号进行处理来提高测距精度的方法进行了深入的研究。首先介绍了三维激光扫描的特点以及国内外有关发展趋势、技术特点及难点等，根据系统要求对测控系统步进电机的细分驱
三维激光扫描在影视业中的应用
三维激光扫描技术在影视业应用 平面扫描仪只能将平面图片信息数字化，摄像机只能拍摄物体某 侧面的信息，而三维激光扫描仪则克服了这些传统技术的局限性，能够对立体实物进行扫描，解决了将立体彩色世界的信息数字化并输入计算机这一瓶颈问题，实现“真实物体捕捉”及建模重现。 、影视特技制作 电影特技指的是利用特殊的拍摄制作技巧完成特殊效果的电影画面。数字电影特技在制作电影影像时，可以把形成影像的内容、场景、动作分开单独拍摄下来，以构成影像素材，然后把影像素材有机地、按照人的意志随心所欲的复合在一起，也可以把虚拟的内容复合在一 起，形成一个天衣无缝如同单一镜头拍摄下来的电影影像。三维激光扫描技术在电影特技制作方面，有着广泛的应用。激光扫描的速度和精度可以在几分钟内采集高清、高精度的环境、场景、物体和人物的三维数据。演员、场景、道具等由扫描实物建立计算机三维模型后, 许多危险的镜头只需要在计算机前操作鼠标就可以完成, 度快、 而且制作速效果好。随着扫描技术和计算机图形图像技术的飞速发展，计算 机影视特技技术越来越广泛地应用于影视、广告业，给人们带来了全新的视觉感受，实现了过去无法想像的特技效果，已经成为高质量影视、广告制作中不可缺少的手段。按照电影的类型和风格可使用不同的特殊效果技法，大体分类如下: 1.虚拟特殊化妆
通过运用三维扫描、特殊的材料、高超的制作工艺和逼真的表面处理等塑形方法，改变演员原有的外貌，制作出效果真实而生动的人物造型。例如《阿凡达》，让主演们在专门摄影镜头前进行3D头部 扫描和表演捕捉，然后将其输入数据库运用最先进的计算机生成影像 技术把拍摄的人物头像转化成虚拟图像模型，以配合VFX技术做出各 种特效变化，最终把观众带到一个真实感十足的东方魔幻世界。 十 图：影片《阿凡达》 \ y 52 图：电影《霍比特人》咕噜姆扮演者安迪-瑟金斯