三维激光扫描.doc

,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。,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,设测量距离为S,测得激光信号往返传播的时间差为Δt,则有:S=12c*Δt,可以看出,影响距离精度的主要因素有c和Δt。相位法测距使用无线电波段的频率,对激光束进行幅度调制,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。相位型扫描仪可分为调幅型,调频型,相位变换型等。这种测距方式是一种间接测距方式,通过检测发射和接受信号之间的相位差,获得被测目标的距离。测距精度较高,主要应用在精密测量和医学研究,精度可达mm级。脉冲法和相位法测距各有优缺点,脉冲测量的距离最长,但精度随距离的增加而降低。相位法适用于中程测量,具有较高的测量精度。,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。目前,扫描控制装置主要有摆动平面扫描镜和旋转正多面体扫描镜。三维激光扫描仪的测角原理区别于电子经纬仪的度盘测角方式,激光扫描仪通过改变激光光路获得扫描角度。把两个步进电机和扫描棱镜安装在一起,分