地面三维激光扫描仪测量原理
三维扫描仪的三种测量原理
三维扫描仪的三种测量原理随着信息和通信技术的发展，⼈们在⼯作和⽣活中接触到图形图像也越来越多的。
⽽获取图像的⽅法⼤多都是使⽤各类摄像机、照相机等，利⽤这些⽅式通常只能得到物体的平⾯图像，即物体的⼆维信息。
当我们想要获取物体的准确数据，就需要利⽤到三维扫描仪，来获取到物体的三维数据信息，今天我们可以带⼤家了解下三维扫描采集数据信息的三种测量原理。
⼀、结构光扫描仪原理光学三维扫描系统是将光栅连续投射到物体表⾯，摄像头同步采集图像，然后对图像进⾏计算，并利⽤相位稳步极线实现两幅图像上的三维空间坐标(X、Y、Z)，从⽽实现对物体表⾯三维轮廓的测量。
⼆、激光扫描仪原理由于扫描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。
激光扫描仪的基本结构包含有激光光源及扫描器、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，⽽扫描器为旋转多⾯棱规或双⾯镜，当光束射⼊扫描器后，即快速转动使激光光反射成⼀个扫描光束。
光束扫描全程中，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。
三、三坐标原理三坐标测量机是由三个互相垂直的运动轴X，Y，Z建⽴起的⼀个直⾓坐标系，测头的⼀切运动都在这个坐标系中进⾏，测头的运动轨迹由测球中⼼来表⽰。
测量时，把被测零件凡放在⼯作台上，测头与零件表⾯接触，三坐标测量机的检测系统可以随时给出测球中⼼点在坐标系中的精确位置。
当测球沿着⼯件的⼏何型⾯移动时，就可以精确地的计算出被测⼯件的⼏何尺⼨，现状和位置公差等。
三维扫描所涉及到的众多领域，如⾃动加⼯、⾯形检测、实物仿形、⽣物医学等，机器视觉、产品质量控制、物体的三维信息是必不可少的。
三维激光扫描仪原理
目标的反射特性，如表面粗糙度、颜色等，可能影响激光的反射 和接收，从而导致测量误差。
误差控制与校正
硬件优化
通过对硬件部件的优化和校准，可以降低由硬件 引起的误差。
环境稳定性
在扫描过程中保持环境条件的稳定，如温度、湿 度等，有助于减少环境因素对测量结果的影响。
数据处理算法
通过开发和应用先进的数据处理算法，可以对扫 描数据进行校正，以减小误差并提高测量精度。
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03
三维激光扫描仪工作流 程
扫描准备
确定扫描目标
01
根据项目需求，确定需要扫描的目标物体或场景，并对其进行
预处理，如清理表面污垢、移除遮挡物等。
设置扫描参数
02
根据目标物体的尺寸、材质和细节要求，设置合适的扫描参数，
如扫描范围、分辨率、点云密度等。
安置标定参照物
03
在扫描区域内安置标定参照物，用于后续的坐标系转换和设备
三维激光扫描仪原理
contents
目录
• 三维激光扫描仪概述 • 三维激光扫描仪系统组成 • 三维激光扫描仪工作流程 • 三维激光扫描仪精度与误差来源 • 三维激光扫描仪发展趋势与挑战
01
三维激光扫描仪概述
定义与特点
定义
三维激光扫描仪是一种通过激光 测距技术快速获取物体表面点云 数据的测量仪器。
坐标系转换与配准
将点云数据从设备坐标系转换到全 局坐标系，并进行多站数据的拼接 与配准，以获得完整的三维模型。
数据输出
将处理后的点云数据或三维模型导 出为通用的数据格式，如XYZ、OBJ、 STL等，以便于后续的分析和应用。
04
三维激光扫描仪原理
三维激光扫描仪原理
三维激光扫描仪原理
一、三维激光扫描仪的定义
三维激光扫描仪，也称三维激光雷达，是一种以光学技术为主，通过利用激光散射进行测量和图像处理技术，准确测量运动或静态物体的形状、尺寸及其他特性的设备。
二、三维激光扫描仪运行原理
1.激光脉冲发射：通过激光头发射准确、高脉冲能量的激光脉冲，强激光脉冲扩散洒射到目标物体上，对其表面形状反射回激光的多个点进行测量。
2.激光散射测量：激光脉冲扩散到目标物体表面之后，会有一定的反射量传回激光探测器，通过激光探测器和控制系统，可以获得目标物体距离传感器的距离，实现目标物体表面形状的量化测量。
3.数据采集：将激光探测器获取的数据传送到控制电路，经过精确的单元操作，将数据分析成表面形状的某种空间量化模型，实现对目标物体形状形式表示和记录的数据采集处理。
4.三维模型重建：将控制系统接收的数据进行处理，利用重建算法求解出三维模型，实现对目标物体的三维重建，最终得到该物体的中心坐标、尺寸及其他特性。
三、三维激光扫描仪的应用
1. 工业自动化：三维激光扫描仪往往用于检测工件的准确性和合格性，并帮助开发过程中的可视化和实验测试。
2. 无人机导航：由于三维激光扫描仪拥有高精度、宽范围和极低空间要求，因此可以用于无人机技术，帮助无人机在环境比较复杂的情况下以最优路径进行导航。
3. 在医学领域：激光扫描技术可以用来诊断机器中的结构变化，检测微小的细胞变化并执行仪器检测，诊断某些特定疾病以及重建软组织模型。
4. 其他应用：三维激光扫描技术还可以在船舶自动驾驶、飞行飞机的检验维修、地质勘查领域及重建历史文物方面得到广泛应用。
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。
简述地面三维激光扫描数据采集流程
简述地面三维激光扫描数据采集流程一、地面三维激光扫描的基本原理地面三维激光扫描是利用激光束对地面上的物体进行扫描，通过测量激光束从发射到接收经过的时间，计算出激光束在空间中的坐标位置，从而得到物体的三维坐标信息。
激光扫描仪通常由激光发射器、接收器、扫描镜等组成，其中激光发射器发射出的激光束被扫描镜反射，经过接收器接收并记录下激光束的时间和强度。
二、地面三维激光扫描数据采集流程地面三维激光扫描的数据采集流程通常包括数据准备、设备设置、扫描操作和数据处理等步骤。
1. 数据准备在进行地面三维激光扫描之前，需要准备好相关的数据，包括地面区域的范围、扫描任务的目的和要求等。
同时，还需要对扫描区域进行清理，清除障碍物和遮挡物，以保证扫描的准确性和完整性。
2. 设备设置将激光扫描仪放置在合适的位置，并与电脑或数据采集设备连接。
根据实际情况设置扫描仪的参数，如扫描分辨率、扫描速度、扫描角度等。
同时，还需校准扫描仪，确保扫描仪的准确性和稳定性。
3. 扫描操作启动激光扫描仪，开始进行扫描操作。
通常，扫描仪会自动水平和垂直扫描地面区域，并记录下每个扫描点的坐标位置和强度值。
扫描过程中需要保持扫描仪的稳定，避免震动和移动，以保证数据的准确性。
4. 数据处理扫描完成后，将采集到的数据导入到计算机或数据处理软件中进行处理。
首先，对原始数据进行滤波和去噪处理，去除不必要的干扰和噪声。
然后，根据扫描点的坐标位置和强度值，生成地面的三维模型或点云数据。
最后，对数据进行分析和处理，提取出需要的信息，如地形、建筑物、道路等。
三、总结地面三维激光扫描是一种高精度、高效率的数据采集方法，广泛应用于地理测绘、城市规划、建筑设计等领域。
通过本文的介绍，我们了解到了地面三维激光扫描的基本原理和数据采集流程。
希望本文能为读者对地面三维激光扫描有一个初步的了解，并对相关领域的应用提供帮助。
三维激光扫描仪汇总
三维激光扫描仪汇总三维激光扫描仪，也被称为三维激光扫描系统，是一种能够捕捉并测量物体表面形状和对象几何特征的高精度测量仪器。
它通过使用激光束来扫描物体，并通过分析激光点云数据来生成三维模型。
三维激光扫描仪广泛应用于工业制造、建筑设计、文化遗产保护、地质测量、医学等领域。
下面将对三维激光扫描仪的原理、类型和应用进行详细介绍。
一、原理三维激光扫描仪的原理基于激光测距技术。
它通常通过发射激光束并测量激光束返回的时间来计算物体表面的距离。
激光束由发射器产生并聚焦到一个点，然后被反射回扫描仪接收器。
接收器测量激光束返回的时间，并根据时间和光速的关系计算出物体表面的距离。
通过在多个角度对物体进行扫描，可以得到物体的各个点的三维坐标数据，从而构建一个完整的三维模型。
二、类型根据扫描技术的不同，三维激光扫描仪可以分为接触式扫描仪和非接触式扫描仪。
接触式扫描仪需要物体与扫描仪直接接触，以便获取物体表面的数据。
这种扫描仪通常使用机械臂来控制激光头的运动。
非接触式扫描仪则不需要物体接触，通过激光束直接扫描物体表面。
这种扫描仪可以分为两类：光干涉式扫描仪和光视差式扫描仪。
光干涉式扫描仪使用干涉原理来测量物体表面的形状，它可以达到非常高的测量精度。
光视差式扫描仪则通过比较激光束在不同位置的视差来推断物体表面的形状。
三、应用三维激光扫描仪在各个领域都有广泛的应用。
在工业制造中，它可以用来对产品进行质量控制和尺寸测量。
例如，在汽车制造中，三维激光扫描仪可以用来检测车身的平整度和尺寸偏差。
在建筑设计和土木工程中，三维激光扫描仪可以用来对建筑物进行测量和建模。
它还可以用来进行建筑物的实时监测和变形分析。
在文化遗产保护方面，三维激光扫描仪可以用来对古建筑、雕塑和艺术品进行数字化保护。
在地质测量中，它可以用来获取地表的几何信息和地貌变化。
在医学方面，三维激光扫描仪可以用来进行面部重建和医疗器械的量身定制。
总结起来，三维激光扫描仪是一种非常重要的测量仪器，它可以帮助我们捕捉和测量物体表面的形状和几何特征。
使用激光扫描仪进行三维测绘的原理和流程
使用激光扫描仪进行三维测绘的原理和流程在建筑设计、土地测量、城市规划等领域，精确获取三维地形数据是非常重要的。
而使用激光扫描仪进行三维测绘，成为一种常用、高效的测绘方法。
本文将介绍激光扫描仪的工作原理以及测绘流程。
一、激光扫描仪的工作原理激光扫描仪是一种通过发射和接收激光束来获取地形数据的仪器。
它通过发射激光束，经过地面反射后，再由接收器接收反射回来的激光束。
通过分析接收到的激光束的特征，可以得到地面或物体的三维坐标信息。
激光扫描仪的工作原理可以分为以下几个步骤：1. 发射激光束：激光扫描仪通过激光器产生一束高强度的激光束，然后通过光学器件对激光束进行聚焦，使其能够准确照射到目标地面或物体上。
2. 接收反射信号：激光束照射到地面或物体上后，部分激光会被反射回来。
激光扫描仪通过接收器接收反射回来的激光束，并将其转换成电信号。
3. 时刻测量：激光扫描仪在接收到反射信号后，会立即记录下反射时间。
通过测量激光束发射和接收的时间差，并结合激光在空气中的传播速度，可以计算出地面或物体与激光扫描仪的距离。
4. 多方位扫描：为了获取更多的地形数据，激光扫描仪通常会进行多次扫描，从不同的角度照射同一地面或物体。
通过记录不同扫描角度下的测量数据，可以进行三维重建。
二、激光扫描仪的测绘流程使用激光扫描仪进行三维测绘，通常包括以下几个步骤：1. 设计扫描路径：在实际操作之前，需要根据测绘需求和场地条件设计扫描路径。
扫描路径的设计需要考虑地形的复杂程度和激光扫描仪的测量范围，以保证数据的完整性和准确性。
2. 安装设备：在进行测绘工作之前，需要正确安装和校准激光扫描仪。
这包括调整激光束的水平和垂直方向以及设定测量参数。
3. 数据采集：激光扫描仪可以通过手持或安装在机械臂、航空器等载体上进行数据采集。
数据采集过程中，激光扫描仪会按照预设的扫描路径进行操作，记录下每个点的位置和高度信息。
4. 数据处理：采集到的数据通常是海量的点云数据，需要进行处理和整理。
三维激光扫描技术及其应用
原理 —— 结构光
原理
物体点的三维坐标 (X,Y,Z) ，是经过像点（X’,Y’）与相机光心的直线与光 平面的交点。
地面三维激光测量技术
定位原理
地面三维激光测量技术
测距原理
脉冲式测距
相位式测距
地面三维激光测量技术
按测距类型分类
脉 冲 式 扫 描 仪
相 位 式 扫 描 仪
三维激光扫描仪原理
采用扫描仪逐面测量法
地面三维激光测量技术
与传统测量方式比较
地面三维激光测量技术
技术优势 使用简单，快速扫描，安全操作，应用范围广泛 数据非常详细，高质量图像并可观察图片的数据特征 附加的一些测量信息，如激光强度、色彩等，这是传统测量不可能做到的 精确高速的数据捕获、减少数据采集和分析的回转次数 对扫描区域进行的长程、高速扫描，可使效率最大化 一次扫描后可以在点云模型上进行反复的“模型测绘”
三维激光扫描技术及其应用
2018年3月
内容概要
1 地面三维激光扫描技术 2 车载移动测量系统 3 工程应用
内容概要
1 地面三维激光扫描技术 2 车载移动测量系统 3 工程应用
简介——三维激光扫描技术的概念
三维激光扫描仪
通过发射激光来扫描获取被测物体表面三维坐标和反射光强度的仪器。
三维激光扫描技术
多学科融合
三维激光扫描技术涉及现代电子、光学、机械、控制工程、图像处 理、计算机视觉、计算机图形学、软件工程等技术，是多种先进技术 的集成。
简介——三维激光扫描仪分类
三维激光扫描技术发展概况
逆向工程
三维激光扫描技术发展概况
医学
三维激光扫描技术发展概况
影视动漫
地面激光扫描的发展
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1 地面三维激光扫描仪测量原理
地面三维激光扫描系统主要有三部分组成，扫描仪、控制器(计算机)和电源供应系统，如图1 所示。
激光扫描仪本身主要包括激光测距系统和激光扫描系统，同时也集成ＣＣＤ和仪器内部控制和校正等系统。
在仪器内，通过一个测量水平角的反射镜和一个测量天顶距的反射镜同步、快速而有序地旋转，将激光脉冲发射体发出的窄束激光脉冲依次扫过被测区域，测距模块测量每个激光脉冲的空间距离，同时扫描控制模块控制和测量每个脉冲激光的水平角和天顶距，最后按空间极坐标原理计算出扫描的激光点在被测物体上的三维坐标。
整个内外部系统如图1 所示。
扫描仪的内部有一个固定的空间直角坐标系统。
当在一个扫描站上不能测量物体全部而需要在不同位置进行测量时；或者需要将扫描数据转换到特定的工程坐标系中时，都要涉及到坐标转换问题。
为此，就需要测量一定数量的公共点，来计算坐标变换参数。
为了保证转换精度，公共点一般采用特制的球面标志和平面标志，如图2所示。
点云数据以某种内部格式存储，因此用户需要厂家专门的软件来读取和处理，OPTEC 的ILRIS-3D软件，Cyrax2500 的Cyclone 软件、LMS-Z420 的3D-RiSCAN 软件和Zoller + Fröhlich 的LFM软件、MENSI 的Realworks 等都是功能强大的点云数据处理软件，他们都具有三维影像点云数据编辑、扫描数据拼接与合并、影像数据点三维空间量测、点云影像可视化、空间数据三维建模、纹理分析处理和数据转换等功能。