三维激光扫描技术
三维激光扫描技术
三维激光扫描技术的应用
➢ 体积的计算： 矿山、油罐、 土石方，是三 维激光扫描最 强的领域，以 海量的真值计 算体积，可以 动态实时的测 量并上传。
➢ 建立数字三维 城市：从测绘 的角度，建立 厘米级、真彩 色、真三维的 数字城市模型。
➢ 考古文物保 护：考古挖 掘现场记录、 文物数字化 模型描效率高 直接获得数字信息 非接触性 使用简单方便
什么叫三维重建
三维激光扫描仪则是对确定目标的整体或局 部进行完整的三维坐标据测量, 进而得到完 整的、全面的、连续的、关联的全景点坐标 数据,这些密集而连续的点数据也叫做点云。 这也意味着三维激光扫描技术可以真实描述 目标的整体结构及形态特性,并通过扫描测量 点云编织出的外皮来逼近目标的完整原形及 矢量化数据结构,这里统称为目标的三维重建。
➢ 娱乐业：用于 电影产品的设 计，为电影演 员和场景进行 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。
在空间信息技术领域应用研究现状
三维激光扫描测量技术的发展为人们获取丰 富的空间信息提供了一种全新的技术手段。 激光扫描技术与惯性导航系统（INS）、全球 定位系统（GPS）、电荷耦合(CCD)等技术相 结合，在大范围数字高程模型（DTM）的高精 度实时获取、城市三维模型重建、局部区域 的地理信息获取等方面表现出强劲的优势, 成 为摄影测量与遥感技术的一个重要补充。
三维激光扫描技术
（3D Laser Scanning Technology）
什么是三维激光扫描技术
三维激光扫描技术 3D Laser Scan Technology，又称“实景复制 技术”。它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。可以快速、大量的采集空间 点位信息，快速建立物体的三维影像模型的 一种技术手段。
三维激光扫描取费标准
三维激光扫描取费标准1. 引言1.1 激光扫描技术概述激光扫描技术是一种利用激光作为传感器来获取目标物体的三维形态信息的技术。
通过激光扫描仪发射激光束并接收反射回来的信号，通过测量激光束的时间延迟和角度信息，可以精确地确定目标物体表面各个点的位置坐标，从而实现对目标物体的快速、精确的三维重建。
激光扫描技术具有高精度、高速度和非接触性等优点，在工业制造、建筑设计、文物保护、地质勘探等领域有着广泛的应用。
通过激光扫描技术，可以实现对复杂曲面的快速测量和建模，为工程设计和制造提供重要的参考数据。
与传统的测量方法相比，激光扫描技术不受目标物体表面材质和颜色的影响，在复杂环境条件下能够准确、稳定地进行数据采集。
激光扫描技术在现代科技领域中被广泛应用，并且在不断地发展和完善之中。
1.2 三维激光扫描在不同领域的应用三维激光扫描是一种先进的技术，已经在许多不同领域得到广泛应用。
建筑行业是三维激光扫描的一个重要领域。
在建筑项目中，三维激光扫描可以用来创建精确的建筑模型，帮助设计师和工程师更好地规划和执行项目。
三维激光扫描还可以用于建筑物的维护和监测，帮助检测和解决潜在的结构问题。
文物保护领域也是三维激光扫描的重要应用领域之一。
通过利用三维激光扫描技术，文物专家可以对珍贵文物进行数字化保存和重建，保护文化遗产并传承历史。
汽车制造业也广泛使用三维激光扫描技术。
通过对汽车零部件和整车进行扫描，制造商可以检测和修正生产中的缺陷，确保汽车的质量和安全性。
三维激光扫描还在航空航天、地质勘探、医学影像等领域得到了应用。
通过利用三维激光扫描技术，这些领域可以提高工作效率，降低成本，并更好地理解和控制所涉及的复杂系统。
三维激光扫描在不同领域的应用将继续扩大，为各行各业带来更多的创新和价值。
2. 正文2.1 三维激光扫描的工作原理三维激光扫描是一种先进的数字化技术，通过激光束在物体表面扫描并测量其形状和特征。
其工作原理主要包括三个关键步骤：发送激光束、接收反射信号和数据处理。
工程测量新技术—三维激光扫描技术(工程测量)
扫描仪的内部有一个固定的空间直角坐标系统。当一个扫描站上不能 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（形）标志（也称球星标靶）和平面标志 （也称平面标靶），在变形监测时一般采用贴片固定在监测对象上。
野外扫描方案设计
• 3).大范围区域扫描方案设计。当扫描范围比较大，扫描站 数较多时，采用一种拼接方式可能会有较大的累积误差。 目前大范围区域点云数据拼接是研究的热点问题，直接影 响野外扫描方案的制定。
野外获取点云数据
• 1.扫描的基本步骤。 • 在项目实施过程中，野外获取点云数据是重要的组成部分，
获取完整符合精度要求的点云数据是后续建模与应用的基 础。扫描开始前要做好相关准备工作，主要包括仪器、人 员组织、交通、后勤保障、测量控制点布设等。
野外获取点云数据
• 一个侧站上扫描的基本步骤为： • a.仪器安置。对于集成度较高的扫描仪，仪器安置主要工作包括电源
（锂电池或者交流电源）、对中（在需要条件下）、整平，这些操作 需要的时间非常短。对于扫描控制与数据存储采用笔记本电脑的分体 式扫描仪，需要将各个部件连接完整，就需要一定的时间内，一般是 半小时以内。 • b.仪器参数设置。在确认仪器安置无误后，可以打开仪器电源开关， 一般开机可能需要几分钟时间。当开机完成后，可以进行扫描参数设 置，主要包括工程文件名，文件存储位置，扫描范围，分辨率，标靶 类型等。其中与精度相关参数设置要与项目设计相符。
➢ 制定扫描方案的主要过程：
• 1）明确项目任务要求。当扫描项目确定后，承包方技术负责人必须向项目发 包方全方位细致的了解项目的具体任务要求，这是制定项目技术设计的主要 依据。
浅谈三维激光扫描技术在幕墙工程中的应用
浅谈三维激光扫描技术在幕墙工程中的应用三维激光扫描技术是一种先进的测量技术，它可以快速、精准地获取大型建筑物、桥梁、隧道等工程结构的几何信息和表面形貌。
在幕墙工程中，三维激光扫描技术也得到了广泛的应用。
本文将从三维激光扫描技术的原理、优势和在幕墙工程中的具体应用等方面进行浅谈。
一、三维激光扫描技术原理三维激光扫描技术利用激光扫描仪扫描建筑物表面，通过高频率激光束的投射和接收，测量物体表面在空间中的坐标信息，然后将这些信息通过计算机处理，形成三维坐标数据，最终生成建筑物的三维模型。
其原理是利用激光束的高速测量，精确测量目标表面的距离，由于激光的波长极短，扫描速度快，测量精度高，因此可以快速、准确地获得建筑物的几何信息。
1. 高精度：三维激光扫描技术可以实现毫米级的测量精度，能够满足对于幕墙工程的精密度要求。
2. 高效率：三维激光扫描技术可以实现快速、全面的数据采集，大幅节省了工程测量的时间和人力成本。
3. 非接触测量：激光扫描技术无需与被测物体接触，可以实现对高难度、高危险工程结构的安全测量。
4. 数据完整性：三维激光扫描技术可以生成全方位的点云数据，保证了被测物体的数据完整性和真实性。
5. 可视化呈现：通过三维激光扫描技术获取的数据可以直接生成三维模型，并进行可视化呈现，方便工程师和设计师进行后续设计和分析。
1. 幕墙结构测量：通过三维激光扫描技术可以快速、精确地获取幕墙的各个结构参数，如面板大小、角度、曲率等信息，为幕墙的设计、安装和维护提供了准确的数据支持。
2. 幕墙质量检测：三维激光扫描技术可以对安装后的幕墙进行全面检测，检测表面平整度、垂直度、平面度等，为发现和解决幕墙质量问题提供了有效手段。
3. 幕墙变形监测：通过定期进行三维激光扫描，可以实时监测幕墙的变形情况，及时发现问题并进行调整，保障幕墙的稳定性和安全性。
4. 幕墙安装导航：在幕墙安装过程中，三维激光扫描技术可以为施工人员提供高精度的导航数据，帮助他们准确地安装幕墙构件。
三维激光扫描的技术标准
三维激光扫描的技术标准一、引言三维激光扫描技术是一种非常重要的数字化测量技术，它可以快速、精确地获取目标物体表面的三维形状信息，被广泛应用于工程设计、文物保护、医学影像等领域。
为了确保三维激光扫描技术在各个领域的应用具有一致的标准和质量，本标准对三维激光扫描技术的相关要求进行了规范，以指导从事相关工作的机构和人员，提高三维激光扫描技术的应用水平。
二、术语和定义1. 三维激光扫描（3D Laser Scanning）：利用激光扫描装置快速获取目标物体表面的三维坐标信息的数字化测量技术。
2. 激光扫描装置（Laser Scanning Device）：用于进行三维激光扫描的装置，包括激光器、扫描控制系统和接收器等部分。
3. 点云数据（Point Cloud Data）：由三维激光扫描仪采集到的目标物体表面上成千上万个离散点的坐标信息。
4. STL文件格式：一种常用的表示三维对象表面的标准文件格式，通常用于三维打印和计算机辅助设计（CAD）等领域。
5. 精度（Accuracy）：指三维激光扫描结果与实际测量值之间的偏差，通常以毫米或微米为单位来表示。
6. 分辨率（Resolution）：指三维激光扫描仪单次扫描所能获取的数据点的密度，描述了点云数据的细节程度。
三、技术要求1. 设备选型- 选择合适的激光扫描装置，应考虑目标物体尺寸、表面材质、扫描精度和速度等因素，确保能够满足实际应用需求。
- 激光扫描装置应具备高精度、高分辨率和稳定的性能，同时具备适应不同环境光照条件的能力，以保证扫描效果的准确性和稳定性。
2. 测量流程- 在进行三维激光扫描测量时，应根据实际情况选择合适的扫描参数，包括激光功率、扫描速度、扫描分辨率等，以保证获得满足精度要求的点云数据。
- 在扫描过程中，应确保扫描装置与目标物体的稳定接触，并采取必要的防护措施，防止外界因素对扫描结果的影响。
- 对于复杂结构的目标物体，可以采用多次扫描并进行数据融合的方式，以获得更全面、更准确的三维信息。
三维激光扫描的技术标准
三维激光扫描的技术标准引言三维激光扫描技术是一种通过激光技术获取目标物体表面信息的成像技术。
它广泛应用于工业设计、建筑测量、考古学和地质学等领域。
为了规范三维激光扫描技术的应用和推广，制定相应的技术标准至关重要。
本文将介绍三维激光扫描的基本原理、技术标准的必要性、制定标准的方法以及具体的标准内容。
一、三维激光扫描技术基本原理三维激光扫描技术通过激光测距仪器发射激光束，然后接收反射光，通过测量激光束的回波时间来确定目标物体的距离，从而实现对目标物体表面的高精度测量。
通过控制激光束的方向和位置，可以实现对目标物体的全方位、全面积的扫描，获得其表面的三维点云数据。
二、三维激光扫描技术标准的必要性1. 保障产品质量：三维激光扫描技术在工业设计和制造领域应用广泛，需要制定标准以确保产品测量数据的准确性和可靠性。
2. 推动技术创新：技术标准的制定可以促进三维激光扫描技术的研发和应用，推动技术创新，提高技术水平。
3. 提高行业规范化水平：制定统一的技术标准可以促进行业的规范化发展，提高行业整体水平。
三、三维激光扫描技术标准的制定方法1. 调研分析：首先需要对三维激光扫描技术的现状进行调研和分析，了解行业需求和技术难点。
2. 制定标准内容：根据调研结果，制定三维激光扫描技术标准的具体内容，包括技术参数、测量精度、设备要求、数据处理等方面。
3. 审查完善：将初步制定的标准内容提交给相关的专家和行业组织进行审查和完善，确保标准的科学性和实用性。
4. 发布实施：经过审查完善后，将三维激光扫描技术标准进行正式发布和实施，并向社会公开，推动标准的贯彻执行。
四、三维激光扫描技术标准的具体内容1. 技术参数：包括激光扫描仪的分辨率、测距范围、扫描速度等参数的要求。
2. 测量精度：规定了三维激光扫描技术在测量精度方面的要求，确保测量数据的准确性和可靠性。
3. 设备要求：规定了三维激光扫描仪设备的质量标准和技术要求，包括外观设计、材料选用、稳定性等方面。
三维激光扫描技术
m e d i a 三维激光扫描技术简介1三维激光扫描技术三维激光扫描仪主要是一部快速准确的激光测距仪加上一组可导引激光以等速度扫描的反光棱镜,加高清晰摄像机组成。
激光测距仪采用脉冲式测量，可以主动发射激光同时接受来自自然物体的反射信号进行测距,针对每一扫描点可测得测站至扫描点的斜距,配合扫描的水平角和竖直角,可以求得每一扫描点与测站点之间的坐标差,若测站点和一个定向点的坐标为已知值,则可以求得每一扫描点的三维坐标。
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。
该技术在文物古迹保护、建筑、规划、土木工程、工厂改造、室内设计、建筑监测、交通事故处理、法律证据收集、灾害评估、船舶设计、数字城市、军事分析等领域也有了很多应用。
2技术优势(1)非接触测量。
三维激光扫描技术采用非接触扫描目标的方式进行测量,对扫描目标物体不需进行任何表面处理,直接采集物体表面的空间三维数据且真实可靠。
可以用于解决危险目标、环境(或柔性目标)及人员难以企及的情况,具有传统测量方式难以完成的技术优势。
(2)数据采样率高。
三维激光扫描仪可以达到数十万点/秒。
采样速率是传统测量方式难以比拟的。
m e d i a (3) 主动发射扫描光源。
三维激光扫描技术采用主动发射扫描光源(激光),通过探测自身发射的激光回波信号来获取目标物体的数据信息,因此在扫描过程中,可以实现不受扫描环境的时间和空间的约束。
(4) 高分辨率、高精度。
三维激光扫描技术可以快速、高精度获取海量点云数据,可以对扫描目标进行高密度的三维数据采集,从而达到高分辨率的目的。
(5) 数字化采集,兼容性好。
三维激光扫描技术所采集的数据是直接获取的数字信号,具有全数字特征,易于后期处理及输出。
用户界面友好的后处理软件能够与其它常用软件进行数据交换及共享。
(6) 可与GPS 系统配合使用。
这些功能大大扩展了三维激光扫描技术的使用范围,对信息的获取更加全面、准确。
三维激光扫描的技术标准
三维激光扫描的技术标准一、引言三维激光扫描技术是一种通过激光束快速获取目标表面三维信息的技术手段。
随着科学技术的不断进步，三维激光扫描技术已经在工业、建筑、地质勘测、文物保护等领域得到了广泛的应用。
为了规范三维激光扫描技术的应用和发展，特制定本标准，以供相关领域的应用和管理。
二、术语与定义1. 三维激光扫描：使用激光束扫描目标物体表面，并通过记录激光束的反射信号来获取目标表面的三维数据的过程。
2. 点云数据：由多个激光测距点组成的三维空间坐标数据，表示了目标物体表面的形状和轮廓。
3. 扫描分辨率：指每单位长度内采集到的激光测距点数，通常以点数/平方米来表示。
4. 精度：三维激光扫描数据与实际目标表面的几何形状之间的偏差程度，通常以毫米或者百分比来表示。
5. 激光扫描装置：用于进行三维激光扫描的设备，通常包括激光发射器、接收器、控制系统等组成部分。
6. 反射率：目标表面对激光束的反射能力，通常用来描述不同材质表面对激光束的反射程度，常用百分比来表示。
三、技术规格1. 扫描分辨率要求- 在工业制造领域，扫描分辨率应不低于1000点/平方米，以保证获取到目标物体精细的表面纹理和几何特征。
- 在建筑测量领域，扫描分辨率应不低于500点/平方米，以满足建筑结构精确度的要求。
- 在文物保护领域，扫描分辨率应不低于2000点/平方米，以确保对文物细微形态和纹理的准确记录。
2. 精度要求- 在工程测量领域，扫描数据的精度应在±2毫米以内，以保证工程构件尺寸测量的精确度。
- 在地质勘测领域，扫描数据精度应在±5毫米以内，以满足地质构造的精确表达要求。
- 在医学领域，扫描数据精度应在±1毫米以内，用于医学影像的三维重建。
3. 反射率要求- 对于不同表面材质，激光扫描装置应具备自动调节激光功率的功能，以适应各种反射率的目标物体表面。
- 需要能够根据目标表面的不同反射率自动调节扫描参数，以保证扫描数据的完整性和准确性。
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2.1 测距方法
• 激光测距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。 • 测距方法主要有：三角法、脉冲法，相位法。 2.1.1三角测距法:
三角法测距是借助三角形几何关系，求得扫描中心到扫描对象的 距离。
L：基线长； γ：发射光线与基线的夹角； λ：入射光线与基线的夹角； α激光扫描仪的轴向自旋转角度
2.4 转换方法
将扫描坐标系下的数据转换到大地坐标系下，这个过程 就称为三维激光扫描仪的定向。 在坐标转换中，设立特制的定向识别标志，通过计算识 别标志的中心坐标，采用公共点坐标转换，求得两坐标系之 间的转换参数。
Oc成像透视中心，物镜的光学主点； Oc-xcyczc：原摄像机坐标系； Ow-xwywzw：世界坐标系，Pw（xw,yw,zw）：世界坐标系上的空间点； Pn(Xn,Yn)：CCD传感器相面坐标；由于镜头畸变实际成像点Pd（Xd，Yd）； 成像于计算机图像坐标中像坐标为（u，v）。
• • • • • • 非接触测量 数据采样率高 主动发射扫描光源，不受扫描环境的影响 具有高分辨率 数字化采集,兼容性好 易扩展性，易于和其他设备结合
5 三维激光扫描技术的发展趋势
（1） 点云数据处理软件的公用化和多功能化，实现实时数据共享 及海量数据处理； （2） 在硬件固定的情况下，测量方法和算法上提高精度，多种方 法相结合； （3） 进一步扩大扫描范围，实现全圆球扫描，获得被测景物空间 三维虚拟实体显示； （4） 与其他测量设备（如GPS、IMU、全站仪等）联合测量，实时 定位、导航，并扩大测程和提高精度； （5） 三维激光扫描仪与摄像机的集成化，在扫描的同时获得物体 影像，提高点云数据和影像的匹配精度； （6）多源数据的智能化融合处理及多传感器的集成
空间任意一点世界坐标与对应计算机图像坐标中像素坐标的转 换关系：
k 是镜头径向畸变系数;dx和dy 分别是水平和垂直方向上CCD感光阵列 的像元间距; sx是由于图像采集扫描或抽样时延误差而引起的水平方向 不确定比例因子uo、v o为像面中心(透视中心在计算机图像的像素坐标)。 所有参数中： f ， sx， k ， dx ， dy， uo ， vo 为摄像机参数，需要通过
三角法测量距离较短，适合于近距测量.测量范围几厘米到几米， 精度可达微米级
2.1.2脉冲测距法
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。
C：光速; △t:测得激光信号往返传播的时间差
脉冲法的测量距离较远（几十米到几百千米），但是其测距 精度较低（厘米级），现在大多数三维激光扫描仪都使用这 种测距方式.
为什么要使用光三维扫描技术？ 三维测量： 传统测量所测的的数据最终输出的都是二维结果（如CAD 出图）。 数字化的今天，三维已经代替二维。三维激光扫描仪 每次测量的数据直接包含点的空间坐标信息甚至还有其他关键 信息。 快速扫描： 常规测量手段里，一点的坐标进行测量时间长。测量速度已 经不能满足现代测量的需求。三维激光测量速度极快。 用途： 通过三维激光扫描，获得被测目标的三维点云数据，根据点 云数据进行三维重构。
三维激光扫描技术
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三维激光扫描技术 三维激光扫描的原理 三维激光扫描系统组成 三维激光扫描技术的优点 三维激光扫描技术的发展趋势 激光扫描技术的应用
1 激光三维扫描技术
三维激光扫描技术，又称“实景 复制技术”。它通过激光扫描测量的方 法，获取被测对象表面的三维坐标数据。 采集空间点位信息，快速建立物体的三 维影像模型的一种技术手段。
脉冲测距法和相位测距法测得距离向坐标的转换原理
X=Scosθcosα Y＝Scosθsinα Z＝Ssinθ
α ：发射激光光束的水平方向和x轴夹角角度 ； θ：发射激光光束垂直方向角度 ； S：扫描点到仪器的距离值 ；
三种测距法的比较
2.2 测角方法
2.2.1 角位移测量法 扫描仪工作是由步进电机驱动的，由步进电机步距角 和步数，获得角位移。 步进电机步距角 Nr：电机的转子齿数; m : 电机的相数； b是各种连接绕组的线路状态数及运行拍数。 得到θb的基础上，可得扫描棱镜转过的角度值，进而得每 个激光脉冲横向、纵向扫描角度观测值为α、θ。 3.2.2 线位移测量法 适用于：系统由激光发射器，直角棱镜和CCD 元件组成。 当三维激光扫描仪转动时，出射的激光束将形成线性 的扫描区域，CCD 记录线位移量，根据其与距离S的比值则 可得扫描角度值。
摄像机标定确定。 光平面参数r1 , r2,r3,r4, r5,r6,r7 , r8,r9, tx,ty,tz表示从摄像机坐标系到世界坐 标系的转换关系，通过光平面标定确定
像素坐标到世界坐标的映射:
按照坐标转换关系，从已知的像素坐标数据 (u ,v)（即（Xn，Yn））， 求取对应点在世界坐标系下坐标 (xw,yw,zw).
6 三维激光扫描技术的应用
（1）测绘工程领域
（2）结构测量方面
（3）娱乐业
（4）建筑、古迹测量方面
（5）紧急服法
三维激光扫描仪通过内置伺服驱动马达系统精密控制多面扫描棱 镜的转动，决定激光束出射方向，从而使脉冲激光束沿横轴方向和纵 轴方向快速扫描。
扫描控制装置主要有：摆动扫描镜、旋转正多面体扫描镜。
摆动扫描镜为平面反射镜，由电机驱动往返振荡，扫描速度较慢， 适合高精度测量。 旋转正多面体扫描镜在电机驱动下绕自身对称轴匀速旋转，扫描 速度快。
获得点云信息后点云信息处理、模型的三维重建
3 三维激光扫描系统组成
三维激光扫描系统组成：一般是由激光发射器、接收器，激 光自适应聚焦控制单元，光路调节装置，光机电自动传感装置，以 及后续处理用的计算机等。
一种三维激光扫描系统图：
仪器性能指标举例——徕卡ScanStation2
4 三维激光扫描技术的优点
2.1.3 相位测距法
相位测距法通过测定调制光信号在被测距离上往返传播所产 生的相位差，间接测定往返时间，并进一步计算出被测距离。
C：光速
ᶲ ：激光信号往返传播产生的相位差
f：脉冲的频率
相位测距方法是一种间接测距方式，测距精度较 高（毫米数量级），主要应用在精密测量和医学研 究，精度可达到毫米级。
原始图像
三维点云数据图像 （ 点云数据：扫描资料以点的形式记录， 每 一个点包含有三维坐标，甚至其它 信息）
三维重构
2 三维激光扫描的原理
• 三维激光扫描：对确定目标完整的三维坐 标数据测量, 全景点坐标数据（点云数 据）。 • 为了获得被测目标的三维坐标信息，其测 量原理主要分为测距、角位移、扫描、定 向四个方面。