激光三维扫描.ppt

三维激光扫描技术
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。
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
应用
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。
作为新的高科技产品,三维激光扫描仪已经成功的在文物保护、城市建筑测量、地形测绘、采矿业、变形监测、工厂、大型结构、管道设计、飞机船舶制造、公路铁路建设、隧道工程、桥梁改建等领域里应用。
工具:
三维激光扫描仪,其扫描结果直接显示为点云(pointcloud 意思为无数的点以测量的规则在计算机里呈现物体的结果),利用三维激光扫描技术获取的空间点云数据,可快速建立结构复杂、不规则的场景的三维可视化模型,既省时又省力,这种能力是现行的三维建模软件所不可比拟的。
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)

三维重建
三维激光扫描原理
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。
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。
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.
测角方法
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。
扫描方法
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。
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。
摄像机成像几何关系如图所示,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。