三维激光扫描仪原理 ppt课件
Z O
摄像机定标一般都需要一个放
在摄像机前的特制的定标参照
物（reference object） 。例
如，图3为一种定标参照物，
X
摄像机获取该物体的图像，并
由此计算摄像机的内外参数。
定标参照物上的每一个特征点
（图3中物体上每一小方块的
顶点）相对于世界坐标系的位
置在制作时应精确测定，世界
坐标系可选为参照物的物体坐
（1）图像坐标系、摄像机坐标系与世界坐标系
我们在环境中还选择一个基准坐标系来描述摄像机的位置，并用它描
述环境中任何物体的位置，该坐标系称为世界坐标系，由
轴组成。摄像机坐标系与世界坐标系之间的关系可以用旋转矩阵
与平移向量 来描述。因此，空间中某一点P在世界坐标系与摄像机
坐标系下的齐次坐标如果分别是
(6)
其中，
; 为 矩阵，称为投影矩阵， 完全
由
决定，由于
只与摄像机内部
结构有关，我们称这些参数为摄像机内部参数， 完全由摄像机相
对于世界坐标系的方位决定，称为摄像机外部参数，确定某一摄像
机的内外参数，称为摄像机定标。
13
ppt课件
（2）线性摄像机模型（针孔模型）
14
ppt课件
（3）线性模型摄像机定标
平面的交点，该点一般位于图像中心处，但实际上由于
工艺制造的原因，会有些偏离，若在u、v坐标系中的坐
标为
，每一个象素在x轴与y轴方向上的物理尺寸
为
，则图像中任意一个象素在两个坐标系下的坐
标有如下关系：
7
ppt课件
（1）图像坐标系、摄像机坐标系与世界坐标系
为以后方便起见，我们用齐次坐标与矩阵形式将上式表 示为：
如图1所示，线光源产生狭窄的激光平面（宽度小于0.4mm），投 射于被扫描物体表面，形成一条光条纹，摄像机光轴与激光投射面L 成一个角度α 。这样，摄像机拍摄的光条纹图像不是一条直线，其形 状就反映了物体表面的形状，在一幅图像中可以算出所有位于激光照 射线上的点的深度和高度。当物体以固定的角速度ω 旋转一周，激光 投射面L扫过物体表面，其上所有点的深度和高度信息都可以算出， 如果用柱坐标系，取h轴与物体旋转轴重合，那么物体表面上每一点 的极角坐标可以从ω 算出。
三维激光扫描仪原理
1
ppt课件
（一）结构光测距基本原理
结构光测距是一种既利用图像又利用可控光源的测距技术。其基 本思想是利用照明光源中的几何信息帮助提取景物中的几何信息。利 用光平面照射在物体表面产生光条纹，在拍摄的图像中检测出这些条 纹，它们的形态和间断性，构成了物体各可见表面与相机之间的相对 测度。结构光从光源的几何形状上说有点状、条状、网状等许多种。 可以采用激光或白光。这种方法的突出优点是可以减少计算的复杂性， 扫描速度快，量测精度高，因而在许多三维扫描系统中得到应用。这 一技术特别适用于室内环境，物体表面反射情况比较好的场合。
(1)
逆关系可写成：
(2)
8
ppt课件
（1）图像坐标系、摄像机坐标系与世界坐标系
Yw
O
9 Yc
Zw Xw
P(cX c,Y c ,Z cZ
p
O1
x
y
Xc
图2 摄像机坐标系与世界坐标系
ppt课件
) 摄像机成像几何关系
如图2所示，其中O 点称为摄像机光心， 1 轴和 轴与图像 的x轴与y轴平行， 轴为摄像机的光轴， 它与图像平面垂直。 光轴与图像平面的交 点，即为图像坐标系 的原点，由点O 与 、 、 轴组 成的直角坐标系称为 摄像机坐标系 为 摄像机焦距。
Y
标系在得到这些已知点在图像
上的投影位置后，可由式（6）
与
，于是
存在如下关系：
(3)
其中， 为 1 矩阵。
10
正交单位矩阵， 为三维平移向量，
ppt课件
，为
（2）线性摄像机模型（针孔模型）
空间任一点P在图像上的成像位置可以用针孔模型近似表示，即任 何点P在图像上的投影位置p，为光心O与P点的连线OP与图像平面 的交点。这种关系也称为中心射影或透视投影，由比例关系有如下 关系式：
(4)
其中， 为p点的图像坐标， 系下的坐标。
为空间点P在摄像机坐标
11
ppt课件
（2）线性摄像机模型（针孔模型）
我们用齐次坐标与矩阵表示上述透视投影关系：
(5)
将式（2）与（3）代入上式，我们得到以世界坐标系表 示的P点坐标与其投影点p的坐标 的关系：
12
ppt课件
（2）线性摄像机模型（针孔模型）
2
ppt课件
光 平 面
L
线 光 源
光条纹
被扫 描物 体
ω
光
摄
条
像
纹
机
图
象ห้องสมุดไป่ตู้
3
图 1 线状结构光测距示意图
ppt课件
（二）线性模型摄像机定标
计算机视觉系统是从摄像机获取的图像出发，计算 三维环境物体的位置、形状等几何信息，并由此重建和 识别环境中的物体。图像上每一点的亮度反映了空间物 体表面某点反射光的强度，而该点在图像上的位置则与 空间物体表面相应点的几何位置有关。这些位置的相互 关系，由摄像机成像几何模型所决定。该几何模型的参 数称为摄像机参数，这些参数必须由实验与计算来确定， 实验与计算的过程称为摄像机定标。摄像机模型是光学 成像几何关系的简化。这一节讲述比较简单的模型—— 线性模型或称针孔模型（pin-hole model）。
5
ppt课件
（1）图像坐标系、摄像机坐标系与世界坐标系
O0
u
O1
x
(0u ,0v )
v
y
6
图1 图像坐标系
ppt课件
（1）图像坐标系、摄像机坐标系与世界坐标系
如不特别说明，我们都以(u,v)表示以象素为单位的图像
坐标系的坐标，(x,y)表示以毫米为单位的图像坐标系的
坐标。在x、y坐标系中，原点定义在摄像机光轴与图像
4
ppt课件
（1）图像坐标系、摄像机坐标系与世界坐标系
摄像机采集的数字图像在计算机内为MN数组，M行N列 的图像中的每一个元素（称为象素，pixel）的数值即是 图像点的亮度（或称灰度）。若为彩色图像，则图像上 象素的亮度将由红、绿、蓝三种颜色的亮度表示。如图 1所示，在图像上定义直角坐标系u、v，每一象素的坐 标分别是该象素在数组中的列数与行数。所以，是以象 素为单位的图像坐标系的坐标。由于只表示象素位于数 组中的列数与行数，并没有用物理单位表示出该象素在 图像中的位置，因而需要再建立以物理单位（例如毫米） 表示的图像坐标系。该坐标系以图像内某一点为原点，x 轴与y轴分别与u、v轴平行，如图1所示。
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三维激光扫描仪讲解,三维激光扫描仪原理,三维激光扫描仪案例分析
精品文档
其他三维激光扫描仪的原理和结构
• Vivid910 • Optech • 天宝（法国Mensi）
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本节课结束
• 课后要求
讲座3
三维激光扫描仪的500三维激光扫描仪产品参数 3
• 视野 垂直方向 最大40°角 水平方向 最大40°角 三角基座 360°水平旋转 +105°/-90°垂直方向旋转 空间体积 19900m3 /扫描（精度小于6mm） 占据体积（最大）1592003 /扫描（距离小于100m） 扫描光 双镜，随机通道 由外壳和玻璃罩保护 视频目标 480×480彩色 电力 供电 AC 90-240VAC; 50-60Hz DC 12V 功率 100W 电池 密封的铅酸电池 电池容量 20°C以下供电4小时
精品文档
供扫描与建模的计算机平台
• PC系统 最低要求 推荐 处理器 200MHz/奔腾 500MHz/PⅡ RAM 64MB 256MB 硬盘 2GB 20GB 网卡 以太网 以太网 视频卡 SVGA 3D图形加速 操作系统 Windows NT4.0 Windows NT4.0 显示器 800×600；256色 1024×768；真彩色
精品文档
特性和功能2
• 3D画线 快速将扫描图转换为格网图 云点图可永久保存 用户界面：热键、工具条 64位双精度浮点数据 连续自动存贮 客户/服务器对象本底数据库 在线帮助 项目分层图 软件使用许可方式灵活 多种对象注释方式 测量点云和模型中点间斜距 数据管理 建立并管理图层 建立并管理对象注释 与环境配套的照明设施 公制或英制测量单位可选 输出ASCⅡ格式的数据流，BMP、JPEG格式的图形文件 输入ASCⅡ格式的数据流，Riegl，CGP格式的数据，通过COE输入MicroStation格式数 据。
其他三维激光扫描仪的原理和结构
• Vivid910 • Optech • 天宝（法国Mensi）
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本节课结束
• 课后要求
讲座3
三维激光扫描仪的500三维激光扫描仪产品参数 3
• 视野 垂直方向 最大40°角 水平方向 最大40°角 三角基座 360°水平旋转 +105°/-90°垂直方向旋转 空间体积 19900m3 /扫描（精度小于6mm） 占据体积（最大）1592003 /扫描（距离小于100m） 扫描光 双镜，随机通道 由外壳和玻璃罩保护 视频目标 480×480彩色 电力 供电 AC 90-240VAC; 50-60Hz DC 12V 功率 100W 电池 密封的铅酸电池 电池容量 20°C以下供电4小时
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供扫描与建模的计算机平台
• PC系统 最低要求 推荐 处理器 200MHz/奔腾 500MHz/PⅡ RAM 64MB 256MB 硬盘 2GB 20GB 网卡 以太网 以太网 视频卡 SVGA 3D图形加速 操作系统 Windows NT4.0 Windows NT4.0 显示器 800×600；256色 1024×768；真彩色
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特性和功能2
• 3D画线 快速将扫描图转换为格网图 云点图可永久保存 用户界面：热键、工具条 64位双精度浮点数据 连续自动存贮 客户/服务器对象本底数据库 在线帮助 项目分层图 软件使用许可方式灵活 多种对象注释方式 测量点云和模型中点间斜距 数据管理 建立并管理图层 建立并管理对象注释 与环境配套的照明设施 公制或英制测量单位可选 输出ASCⅡ格式的数据流，BMP、JPEG格式的图形文件 输入ASCⅡ格式的数据流，Riegl，CGP格式的数据，通过COE输入MicroStation格式数 据。
三维扫描仪介绍ppt课件
•
FARO是一家美国上市公司，总部设在美国佛罗里达州奥兰多市。 FARO于2004年2月在上海成立了中国总部，目前，随着FARO在中 国队伍的不断扩大，已在北京、广州及成都建立分公司。 FARO是目前全球唯一一家依靠三维测量和三维扫描而上市的公司。 在美国、德国、瑞士设有生产工厂。截止到2010年，全球已安装了超 过30,000台设备，并拥有15,000多位客户。 FARO的产品广泛应用于工业、测绘、电力、石油、林业、矿山、文 物、土木工程、地下工程等众多行业。
应用图片
SCENE功能
三维查看：可进行预浏览（正面、侧面和俯视），也可进行旋转、平移、缩放； 测量距离：可在两维视图上进行距离的量测，查看三维点云模型 连接AutoCAD:可手动去除噪音点，在线数据的转换成法如 FARO Cloud用于
AutoCAD可进行坐标系的转换，并随时查看任意点的三维坐标
高效性：用了全新64位架构来扩展其可用内存，云处理和成像效果更为高效
互联网功能：使用SCENE Webshare功能，数据可以在互联网上共享。
SCENE 功能
兼容性：SCENE软件可以和大部分CAD软件兼容。
• • • • • • • • • SCENE软件可以输出三维数据到超过50种各领域常用处理软件，例如： ——CAD领域：AutoCAD, Microstation, Rhino ——施工建造类：AVEVA PDMS, ——建筑类：AutoCAD Architecture, REVIT ——土木工程/测量： AutoCAD Civil 3D, PolyWorks Surveyor, Carlson, Microsurveys ——文物类：3D Reconstructor ——质量控制：Geomagic Qualify, PolyWorks Inspector,Rapidform XOV ——法医学：AutoCAD, SCENE Forensics ——逆向工程：Geomagic Studio, PolyWorks Modeler, Rapidform XOR ——隧道开挖：RR Tunnel, TMS
FARO是一家美国上市公司，总部设在美国佛罗里达州奥兰多市。 FARO于2004年2月在上海成立了中国总部，目前，随着FARO在中 国队伍的不断扩大，已在北京、广州及成都建立分公司。 FARO是目前全球唯一一家依靠三维测量和三维扫描而上市的公司。 在美国、德国、瑞士设有生产工厂。截止到2010年，全球已安装了超 过30,000台设备，并拥有15,000多位客户。 FARO的产品广泛应用于工业、测绘、电力、石油、林业、矿山、文 物、土木工程、地下工程等众多行业。
应用图片
SCENE功能
三维查看：可进行预浏览（正面、侧面和俯视），也可进行旋转、平移、缩放； 测量距离：可在两维视图上进行距离的量测，查看三维点云模型 连接AutoCAD:可手动去除噪音点，在线数据的转换成法如 FARO Cloud用于
AutoCAD可进行坐标系的转换，并随时查看任意点的三维坐标
高效性：用了全新64位架构来扩展其可用内存，云处理和成像效果更为高效
互联网功能：使用SCENE Webshare功能，数据可以在互联网上共享。
SCENE 功能
兼容性：SCENE软件可以和大部分CAD软件兼容。
• • • • • • • • • SCENE软件可以输出三维数据到超过50种各领域常用处理软件，例如： ——CAD领域：AutoCAD, Microstation, Rhino ——施工建造类：AVEVA PDMS, ——建筑类：AutoCAD Architecture, REVIT ——土木工程/测量： AutoCAD Civil 3D, PolyWorks Surveyor, Carlson, Microsurveys ——文物类：3D Reconstructor ——质量控制：Geomagic Qualify, PolyWorks Inspector,Rapidform XOV ——法医学：AutoCAD, SCENE Forensics ——逆向工程：Geomagic Studio, PolyWorks Modeler, Rapidform XOR ——隧道开挖：RR Tunnel, TMS
三维激光扫描仪原理
目标反射特性
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。
THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
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
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。
THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
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
三维激光扫描工作原理
三维激光扫描工作原理1.发射激光光束：通常使用激光器发射一束具有高单色性和较小发散角的激光光束。
激光光束经过其中一种方式（如调制）控制其发射频率和脉冲宽度。
2.扫描物体表面：激光光束被输入到扫描系统中，通过扫描器（如旋转镜或移动反射镜）控制光束的方向和位置，使其扫描整个物体表面。
3.接收反射光：物体表面对激光光束的反射会产生散射的光。
激光扫描仪利用光电二极管或光电传感器来接收反射光，将其转换为电信号。
4.计算距离：接收到的电信号被处理为距离信息。
激光扫描仪根据光的传播时间来计算光束从仪器到物体表面的距离。
通过多次扫描和测量，可以得到物体表面各点的三维坐标。
5.生成三维模型：距离信息被存储为点云数据，即由大量坐标点构成的数据集。
通过将这些点连接起来，就可以生成物体的三维模型。
通常使用专业软件进行数据处理和模型重建。
1.制造业：三维激光扫描可以用于快速、精确地获取零件和产品的几何信息，用于质量检验、尺寸分析和CAD模型验证等。
2.建筑设计：三维激光扫描可以用于建筑结构的测量和监测。
可以快速获取建筑物的几何信息，用于设计、规划和施工过程的管理。
3.文化遗产保护：三维激光扫描可以用于对文物、古迹和艺术品的三维建模和保护。
可以帮助保存珍贵文化遗产，并为研究和修复提供支持。
4.地质勘探：三维激光扫描可以用于地质勘探和矿山开采。
可以获取地形地貌数据、岩层结构、洞穴等信息，用于地质调查和资源评估。
5.航空航天：三维激光扫描可以用于航空航天领域，如飞机表面检测和维护，航天器组件装配和结构分析等。
总结起来，三维激光扫描通过发射、接收和处理激光光束，可以精确地获取物体表面的三维几何信息。
它在制造业、建筑设计、文化遗产保护、地质勘探等领域的应用广泛，为各个行业提供了高效、精确的数据支持。
三维扫描技术应用ppt课件
Konica Minolta三维扫描仪总览
Vivid9i
Vivid910
Range 7 Range 5
逆三 向维 工扫 程描 的仪 首 选 系 统
12
柯尼卡美能达 三维扫描仪
RANGE7 / RANGE5
13
柯尼卡美能达 三维扫描仪 ----解读
1.适合扫描复杂曲面 2.可以无需喷涂就能扫描黑色物体及表面反光物体 3.无需贴点 4.扫描速度快，校准简便 5.扫描范围大，配合照相系统可以扫描整车 S镜头，可以处理大容量数据。 7.点云数据，24位真彩色。 8.适用于逆向及检测，工业方面应用较多。
• 20种不同的扫描区域设置
36
3.Rexcan III – 高品质
解析度: • 双相机，高解析度(最高可达
500万像素) • 更精锐的三维数据
英国硬币 – 10分
37
3-1.Rexcan III – 高品质 扫描深度
V.S.
三角测量角度为25˚时
三角测量角度为10 ˚时
• 更小的三角测量角度令纵向扫描距离(扫描深度)更长
文物/医疗/工业
人体計測
3D-CAD的普及和需求的増大
15
柯尼卡美能达三维扫描仪测量原理
被測定物
激光切断法
激光
利用激光扫描
CMOS感光器 接受物体的放射光
131万画素 （1280×1024）
CMOS感光器
三角測量原理
可在普通的照明环境下测量，无需在暗室操作
16
・自由曲面多 ・测量部位多 适合于非接触式的测量物
29
ZSCANNER手持式三维激光扫描仪
ZCORPORATION公司贴牌 Creaform公司产品
最新三维激光扫描原理及应用教学讲义ppt
• 3、 当我们和同学的意见不相同时，要换个 （角度）看同学。
分享的快乐（一）
• 1、我们每个人和别人（接触）时，都会对 人有这样那样的看法，从不同的（角度） 看同学，得出的（结论）也不一样。
• 2．倘若你有（一种）思想，我也有（一种） 思想，互相（交换）之后，我们每个人将 各有（两种）思想。这是（萧伯纳）说的 话。
• 2.了解到学校、社会对自己的（关心和爱 护），他们为了保证我们（健康、愉快地） 成长，给我们提供了很多服务。
来自社会的爱（二）
• 学校中有哪些人在为我们服务呢？ • 答：老师们教我们学习知识和本领；大队
辅导员组织我们开展各种有意思的活动； 食堂的叔叔阿姨们为我们做出营养丰富的 饭菜；传达室的叔叔给我们接收信件、杂 志；医务室的大夫为我们检查身体，保证 我们身体健康等。
和想法等角度去判断,理解和解决问题. • 2.有时由于我们对同一件事情的（想法）、
（感受）和（选择）不同，有时也会发生 冲突。我们应设法（避免）和（解决）冲 突。
换个角度想一想（二）
• 1、我们每个人和别人接触时，都会对人有 这样那样的（看法），从不同的（角度） 看同学，得出的结论也不一样。
• 2、每个同学身上都有（不同）的特点，所 以看问题的角度就（不同）。
（5）紧急服务业：反恐怖主义，陆地侦察和攻击测绘， 监视，移动侦察，灾害估计，交通事故正射图，犯罪现场 正射图，森林火灾监控，滑坡泥石流预警，灾害预警和现 场监测，核泄露监测。
（6）娱乐业：用于电影产品的设计，为电影演员和场景 进行的设计，3D游戏的开发，虚拟博物馆，虚拟旅游指导， 人工成像，场景虚拟，现场虚拟。
三维激光扫描原理及应用
$
目录
• 1 什么是三维激光扫描技术 • 2 三维激光扫描技术原理 • 3 三维激光扫描技术应用
分享的快乐（一）
• 1、我们每个人和别人（接触）时，都会对 人有这样那样的看法，从不同的（角度） 看同学，得出的（结论）也不一样。
• 2．倘若你有（一种）思想，我也有（一种） 思想，互相（交换）之后，我们每个人将 各有（两种）思想。这是（萧伯纳）说的 话。
• 2.了解到学校、社会对自己的（关心和爱 护），他们为了保证我们（健康、愉快地） 成长，给我们提供了很多服务。
来自社会的爱（二）
• 学校中有哪些人在为我们服务呢？ • 答：老师们教我们学习知识和本领；大队
辅导员组织我们开展各种有意思的活动； 食堂的叔叔阿姨们为我们做出营养丰富的 饭菜；传达室的叔叔给我们接收信件、杂 志；医务室的大夫为我们检查身体，保证 我们身体健康等。
和想法等角度去判断,理解和解决问题. • 2.有时由于我们对同一件事情的（想法）、
（感受）和（选择）不同，有时也会发生 冲突。我们应设法（避免）和（解决）冲 突。
换个角度想一想（二）
• 1、我们每个人和别人接触时，都会对人有 这样那样的（看法），从不同的（角度） 看同学，得出的结论也不一样。
• 2、每个同学身上都有（不同）的特点，所 以看问题的角度就（不同）。
（5）紧急服务业：反恐怖主义，陆地侦察和攻击测绘， 监视，移动侦察，灾害估计，交通事故正射图，犯罪现场 正射图，森林火灾监控，滑坡泥石流预警，灾害预警和现 场监测，核泄露监测。
（6）娱乐业：用于电影产品的设计，为电影演员和场景 进行的设计，3D游戏的开发，虚拟博物馆，虚拟旅游指导， 人工成像，场景虚拟，现场虚拟。
三维激光扫描原理及应用
$
目录
• 1 什么是三维激光扫描技术 • 2 三维激光扫描技术原理 • 3 三维激光扫描技术应用
三维激光扫描仪原理
摄像机平面与 激光入射平面 之间的夹角为 14，正切值为 200/800=1/4 ， （注意左右摄 像机角度的正 负）
重心法提取激光中心线
重心法首先采用极值法找到最大值位置Ymax,然后取此位置左右各 k点，求这k+1点的重心：
即认为是光刀中心。式中I(i)是第i列的光强。重心法精度较高。
考察题1：计算图中的点的空间坐标
（2）线性摄像机模型（针孔模型）
（3）线性模型摄像机定标
Z
O
X
Y
图3 标定参照物
摄像机定标一般都需要一个放 在摄像机前的特制的定标参照 物（reference object） 。例 如，图3为一种定标参照物， 摄像机获取该物体的图像，并 由此计算摄像机的内外参数。 定标参照物上的每一个特征点 （图3中物体上每一小方块的 顶点）相对于世界坐标系的位 置在制作时应精确测定，世界 坐标系可选为参照物的物体坐 标系在得到这些已知点在图像 上的投影位置后，可由式（6） 计算出摄像机的内外参数。
(3)
其中， 为 1 矩阵。 正交单位矩阵， 为三维平移向量， ， 为
（2）线性摄像机模型（针孔模型）
空间任一点P在图像上的成像位置可以用针孔模型近似表示，即任 何点P在图像上的投影位置p，为光心O与P点的连线OP与图像平面 的交点。这种关系也称为中心射影或透视投影，由比例关系有如下 关系式：
(3) 定标矩阵的计算
计算定标矩阵主要是由式
xi 0
yi 0
zi 0
1
0
0 yi
0 zi
0 xiU i 1 xiVi
yiU i yiVi
0 xi
ziU i U i L V ziVi i
三维激光扫描仪工作原理
束。
激光发射器通常采用固体激光器 或气体激光器，发出的激光束具 有高精度、高稳定性和高方向性。
激光发射器还具有调节激光束参 数的功能，如功率、波长和光束 质量等，以满足不同扫描需求。
反射镜和扫描器
反射镜和扫描器是实现激光束 二维扫描的关键部件。
反射镜通过快速旋转或摆动， 使激光束在水平面内进行连续 扫描，形成二维的扫描平面。
从点云数据中提取特征
边缘检测
提取点云数据中的边缘信 息，用于识别物体的轮廓 和表面细节。
表面重建
根据点云数据构建物体的 表面模型，还原物体的三 维形态。
特征提取
从点云数据中提取出物体 的几何特征和拓扑结构， 用于后续的分析和处理。
三维模型的建立与优化
三维建模
根据点云数据和提取的特征，建 立物体的三维模型。
数据转换与建模
将预处理后的点云数据转换为三维模型或场景，可以通过不 同的软件和算法实现，如表面重建、三维建模等。
04
三维激光扫描数据解析
点云数据的预处理
01
02
03Βιβλιοθήκη 去噪去除点云数据中的噪声点， 提高数据质量。
滤波
对点云数据进行平滑处理， 减少数据中的突变和跳变。
配准
将多个点云数据进行对齐 和拼接，以获得更完整的 三维模型。
模型优化
对三维模型进行优化处理，如简化 模型、优化模型结构等，以提高模 型的精度和可靠性。
模型应用
将三维模型应用于不同的领域，如 建筑、考古、文化遗产保护等，为 相关领域提供数字化和可视化的技 术支持。
05
三维激光扫描技术的优势与 局限性
优势分析
高精度测量
快速数据获取
三维激光扫描技术能够实现高精度的测量 ，其测量精度可达到毫米级别，能够满足 各种高精度测量的需求。
激光发射器通常采用固体激光器 或气体激光器，发出的激光束具 有高精度、高稳定性和高方向性。
激光发射器还具有调节激光束参 数的功能，如功率、波长和光束 质量等，以满足不同扫描需求。
反射镜和扫描器
反射镜和扫描器是实现激光束 二维扫描的关键部件。
反射镜通过快速旋转或摆动， 使激光束在水平面内进行连续 扫描，形成二维的扫描平面。
从点云数据中提取特征
边缘检测
提取点云数据中的边缘信 息，用于识别物体的轮廓 和表面细节。
表面重建
根据点云数据构建物体的 表面模型，还原物体的三 维形态。
特征提取
从点云数据中提取出物体 的几何特征和拓扑结构， 用于后续的分析和处理。
三维模型的建立与优化
三维建模
根据点云数据和提取的特征，建 立物体的三维模型。
数据转换与建模
将预处理后的点云数据转换为三维模型或场景，可以通过不 同的软件和算法实现，如表面重建、三维建模等。
04
三维激光扫描数据解析
点云数据的预处理
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03Βιβλιοθήκη 去噪去除点云数据中的噪声点， 提高数据质量。
滤波
对点云数据进行平滑处理， 减少数据中的突变和跳变。
配准
将多个点云数据进行对齐 和拼接，以获得更完整的 三维模型。
模型优化
对三维模型进行优化处理，如简化 模型、优化模型结构等，以提高模 型的精度和可靠性。
模型应用
将三维模型应用于不同的领域，如 建筑、考古、文化遗产保护等，为 相关领域提供数字化和可视化的技 术支持。
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三维激光扫描技术的优势与 局限性
优势分析
高精度测量
快速数据获取
三维激光扫描技术能够实现高精度的测量 ，其测量精度可达到毫米级别，能够满足 各种高精度测量的需求。
FARO三维激光扫描技术应用ppt
Focus3D 特点
• 极度简洁 o 常见的五分之一大小 (240 x 200 x 100mm³) o 常见的四分之一重量 (5.0 kg) o 彩色触控液晶屏操作 o无任何电缆
• 彩色选项内置（7000万像素）
• 锂电池内置
• 更高品质
• 易于使用的操作
• SD卡数据存储
• 两倍的旋转速度 (97Hz)
CAD Modeling with AutoCAD Plant 3D
•AutoCAD Plant 3D 2011 •提供：
• AutoCAD 2011的全部功能； • 目录式的3D modeling：
–管道Piping –设备Instrumentation –装置Equipment –钢结构Structural steel
• 集成的P&ID 图画； • 生成ISO 图表； • 兼容Autodesk Navisworks。
为何您会从3D激光扫描中获益？
Similar Case Study from Oil & Gas industry
为何您会从3D激光扫描中获益？ 案例分析
Task任务: 平台需要扩展，但是关闭时间必须最小化。 As-built Survey竣工测量: 对近海平台的三维激光扫描以及测量。 Modeling建模: •目标区域的点云数据会被处理并输出到PDMS建模。 •模型将被导入到这些点云中。 •PDMS模型的竣工验收将被进行。 •从点云生成的竣工模型与原设计的对比证实存在35处冲 突，如果没有三维激光扫描仪检测则无法证实这些冲突的 存在。
电源
电池
• 连续扫描时间长达5个小时 ▪ 14,4V, 110 Wh, 7,65 Ah
• 操作过程中可充电 • 1小时快速充满 • 可另配车载适配器 • 可选额外电池和快速充电器
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，为后续的内业处理、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，国内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。