如何选择地面三维激光扫描仪修订版PPT演示课件

如何选择地面三维激光扫描仪,1,一、三维激光扫描仪原理,1、三维激光扫描仪构成：三维激光扫描仪主要由激光发射器、接收器、时间计数器、马达控制可旋转的滤光镜、控制电路板、微电脑和软件等组成。,2,2、三维激光扫描仪原理激光脉冲发射器周期地驱动激光二极管发射激光脉冲，由接收透镜接受目标表面后向反射信号，产生接收信号，利用稳定的石英时钟对发射与接收时间差作计数，最后由微电脑通过软件，按照算法处理原始数据，从中计算出采样点的空间距离;通过传动装置的扫描运动，完成对物体的全方位扫描;然后进行数据整理从而获取目标表面的点云数据。,3,3、三维坐标确定方法,4,4、三维激光扫描仪应用量化实景对象、三维信息采集、逆向三维重构、逆向三维建模空间数据反求、对象逆程设计、预研仿研仿制、虚拟现实应用正向工程反证、逆向工程实施、概念设计仿真、逆向制图还原结构特性分析、试验工程仿真、后数据测计量、目标形变监测工程技效评估、电脑模拟实战、环境适应仿真、工程力学分析对抗模拟推演、企业无纸操作、虚拟设计制造、科目效果测试整合三维资源、创建三维流程、工装工艺规划、改进改造工程历史资源修复、任务方案优化、对象加载仿真、设施维护维修,5,5、三维激光扫描仪应用领域核电站，文物，考古，建筑业，航天，航空，船舶，制造，军工，军事，石化，医学，水利，能源，电力，交通，机械，影视，教学，科研，汽车，公安，市政建设.,6,二、三维激光扫描仪分类,目前市场上销售的地面式三维激光扫描仪按扫描方式划分有两种：1、基于时间-飞行差，又称脉冲式；2、基于相位差，又称相位式。,7,1、测量原理,1.1脉冲式测量原理由激光发射器发射出的激光经被测量物体的反射后又被测距仪接收.测距仪同时记录激光往返的时间.光速和往返时间的乘积的一半.就是测距仪和被测量物体之间的距离，设备记录本身在水平和垂直方向的旋转角度，再通过软件，计算出三维数据。,8,1.2、相位式测量原理相位式测量是用无线电波段的频率.对激光束进行幅度调制并测定调制光往返测线一次所产生的相位延迟.再根据调制光的波长.换算此相位延迟所代表的距离，即用间接方法测定出光经往返测线所需的时间，设备记录本身在水平和垂直方向的旋转角度，通过软件计算出三位数据。如下图：,9,1.2.1相位式测量原理图,10,2、两种方式三维激光扫描仪主要性能特点,2.1脉冲式：a.射程：大于200米，最远的甚至达到6,000米；b.精度：对于中距离脉冲扫描式三维激光扫描仪（最大射程：2,000米）：2mm7mm（测量距离50米时）；对于超长距离脉冲扫描式三维激光扫描仪（最大射程：6,000米）：15mm（测量距离50米以内时）。,11,c.最大激光发射频率：2,000300,000赫兹。d.扫描速度：受脉冲式影响，扫描速度受到限制。e.太阳光和室外光线对扫描点数和精度影响：小。g.应用于以下领域:测绘.矿山.隧道.电力.水利.通讯.环境.建筑.地质.警务.消防.爆破.航海.铁路.反恐/军事.农业.林业.房地产.休闲/户外运动等.,12,22相位式a.射程：受相位式影响，扫描射程会受限制。Leica62000.4-79米，法如120米，Surphaser0.2-140b.精度：2mm(距离：25米）：12mm（距离：90%），最大射程为200米。在实际应用中，对于建筑物和地形地貌扫描，它的最大射程大约在120米。,22,I-Site8800设计定义为专业矿山型三维激光扫描仪。其最大特性就是扫描距离远。针对反射率仅为10的物体扫描距离就可达到500m。对于建筑，地形地貌最为专业。,23,对于相位式三维激光扫描仪，受扫描模式限制扫描距离也受到限制。目前突破100m的产品只有Surphaser和FARO。LeicaHDS6200标定最大测距79m，在室内应用时，最大距离应该在50m以内；在室外应用时，阴天可在30m以内使用，晴天20m或不可用。晴天时20处，Leica公司标配的标靶都不可识别了。FAROPhoton120据说最远能够达到153米，据实验目前最高反射率物体（90以上）能达到100米就不错了。,24,Surphaser产品目前是严格按照美国军方标准制定，测距标定方法主要是针对行业应用。实际测量范围比规定范围要大的多。SR标称0.2-5米是定义的高精工业级别，实际在普通环境中可达35米，并保证精度0.3mm。如果在黑暗环境可达46米。IR_X标称0.4-19米实际0.4-45米MR_X标称1-30米实际0.5-50米ER_XQ标称1.5-50米实际1-70米ER_XS标称1-70米实际1-140米目前Surphaser在相位式中是测量距离最远的,25,4、扫描精度由上述理论得知激光发射频率和角度分辨率是影响精度的最关键参数。一般来讲，为了达到最高的精度，在扫描时，我们要选择设备的最高的激光发射频率和最小的角度分辨率，使得扫描的激光点云密度达到设备的最大值。发射频率越高单位时间内发射的激光点就越多，角度分辨率越小激光点间距就越小，从而点云密度就会越高。,26,Surphaser25HSXSR扫描速度120万点/秒角度分辨率1LeicaHDS6200扫描速度100万点/秒角度分辨率6.4FAROFOcus3D扫描速度97.6万点/秒角度分辨率32扫描精度结果一目了然,27,脉冲式三维激光扫描仪，精度测量重复性好，受光线影响小，但是如果垂直扫描角度较大时，由于激光点云的斑点形状变形（圆形的成为椭圆或畸形），也会使精度显著降低。精度与所使用的标靶的反射率和形状以及垂直扫描角有关大多公司所给出的精度全是在最理想的标靶情况下得出的，因此，用户不可能指望他在使用中能够达到标识精度。下面有汉堡大学对徕卡、Optech、天宝、Z&F、Faro等做的实验比较结果。,28,Faro、天宝与其公布的相差较大，Optech其次，徕卡和Z&F所公布的精度相差最小。但是全是其多次重复扫描的精度，并且是使用特殊的优质球型标靶。相差最小的徕卡的scanstation2，厂家给出的点位精度为6mm，距离精度为4mm(50米距离)。但是，在实际应用中，即使你使用徕卡推荐的标靶，在50米的距离，采用小的垂直扫描角度，你也达不到8mm的精度，请不要沮丧，因为他们使用的标靶是不一样的。,29,I-Site8800角度分辨率3.6是大范围三维激光扫描仪中角度分辨率最小的。10mm的精度对于2000m的扫描范围来说也是非常高的。,30,5、激光的安全等级，如何分类激光的安全等级是根据激光器所产生的激光对人体的损害程度而分类的。激光的分类从CLASSI（无损害）到CLASSIV激光。ClassI激光属于低能量级激光设备，它是非常安全的并且可避免所有的静电危险。下面是CLASSI激光的几个应用领域：激光打印机，CD播放器，CDROM设备，地质勘测设备以及实验分析设备。无论在任何条件下CLASSI激光都不会对人体或皮肤产生损害。使用CLASSI激光设备时，无需其它辅助安全设备。,31,CLASSII激光也属于低能量级激光（功率2000m特点视场角：80X360度距离精度：10mm激光等级：Class1重量：不含电池14公斤内置相机：70百万像素线扫描全景相机同轴光学望远镜，红色激光指示,49,Leica（徕卡）,公司概况总部在瑞士，国际知名测绘仪器生产商网址：http:/www.leica-http:/www.leica-在售产品型号：HDS6100，HDS6200(来自德国Z+F的IMAGER5006i的OEM产品)ScanStation1，ScanStation2（全站仪式）ScanStationC10（收购美国CRYA公司后的产品）HDS4400(来自Maptek的I-Site4400),50,Leica-HDS6100,扫描方式：相位式扫描速度50万8千点每秒扫描范围0.4m79m特点一体化，高度集成，内置电池，硬盘；无内置相机；310X360度视场角最小点间距0.1mm委托德国Z+FOEM的产品,51,Leica-HDS6200,扫描方式：相位式扫描速度100万点每秒扫描范围0.4m79m特点一体化，高度集成，内置电池，硬盘；无内置相机；310X360度视场角最小点间距0.1mm委托德国Z+FOEM的产品,52,LeicaHDS600系列产品是通过合同，让德国Z&F公司为其OEM生产，贴徕卡的牌子。HDS6000,HDS6100,HDS6200一款产品三个不同型号，HDS6100,是HDS6000的升级版，参数无差异；HDS6200是HDS6100的升级版，除扫描速度由50.8万点/秒变为100万点/秒，其他参数没有改变。真正的产品制造商德国Z&F公司的产品标称一直是50.8万点/秒，没有改变。,53,Leica-ScanStation1,扫描方式：脉冲式扫描速度5千点每秒扫描范围1m300m特点全站仪式高精度，高质量点云；内置相机；270X360度视场角扫描范围全程点间距可1mm双轴补偿+/-5范围内，精度1”,54,Leica-ScanStation2,扫描方式：脉冲式扫描速度5万点每秒扫描范围1m300m特点全站仪式高精度，高质量点云；内置相机；270X360度视场角扫描范围全程点间距可1mm双轴补偿+/-5范围内，精度1”,55,Leica-ScanStationC10,扫描方式：脉冲式扫描速度5万点每秒扫描范围300m特点一体化，内部集成硬盘，摄像头实时取景，触摸屏；热拔插全站仪内置电池；激光下对点。,56,Leica-ScanStation是通过收购美国的Cyra公司后的产品，ScanStaion1是一款全站仪式的扫描仪，扫描速度5000点/秒，一年后Leica推出ScanStaion2标称扫描速度可达到50000点/秒，2009年推出ScanStaionC10，但参数上跟ScanStaion2没有变化。许多用户对比了徕卡公司的ScanStaion1和ScanStation2，发现其所有参数都一样，只有激光扫描速度由5,000点/秒提高到50,000点/秒。在使用时，也没有感觉到激光点云的密度有多大的增加。Leica公司在2010年原Cyra公司所有的六名技术人员，集体辞职。,57,Leica-HDS4400,扫描方式：脉冲式扫描速度4400点每秒扫描范围3m700m特点内置高分辨率数码相机（线CCD）；双轴补偿器；同轴光学后视望远镜；高防尘防水等级IP65，工业级扫描控制器；内置电池，含电池重量14KG专业的地形和采矿处理配套软件。激光指示,58,LeicaHDS4400，通过合同，让澳大利亚I-Site公司为其OEM生产，贴徕卡的牌子。合同期限2010年12月31日，已到期。Leica以后不会再卖。现在I-Site4400的升级版I-Site8800由北京未来星空科技发展有限公司，做大陆总代理。,59,Trimble（天宝）,公司概况总部在美国，国际知名测绘仪器生产商网址：在售产品型号：VX(经常被当成扫描仪卖，实际是可照相和连续测量的伺服全站仪)GXFX（购买Surphaser主要部件，自己组装）CPW8000（全球唯一脉冲相位结合型产品）,60,Trimble-GX,扫描速度5000点每秒扫描范围350m特点视场角360X60度；实时一体化彩色摄像机；双轴补偿器（选件）,61,Trimble-FX,扫描方式：相位式扫描速度80万点每秒扫描范围140m特点视场角：360x310；误差可150m特点内置相机一款自动型全站仪；价格便宜,64,Trimble-CPW8000,扫描速度5万点每秒扫描范围0.3-200m特点视场角360X300专业防爆认证设计实时一体化彩色全景相机世界上第一个结合脉冲和相位两种原理的扫描仪,65,Riegl,公司概况总部在奥地利，专门的地面、车载、机载扫描设备研究制造商网址：在售产品型号：LMS-Z390iLMS-Z420iLMS-Z620iLPM-321VZ-400,66,Riegl-LMS-Z390i,扫描方式：脉冲式扫描速度1万1千点每秒扫描范围1m-400m特点精度：6mm视场角：80X360度；重量，15公斤（不含电池）无内置相机,67,Riegl-LMS-Z420i,扫描方式：脉冲式扫描速度1万1千点每秒扫描范围2m-1000m特点精度：10mm视场角：80X360度；重量：16公斤,68,Riegl-LMS-Z620i,扫描方式：脉冲式扫描速度1万1千点每秒扫描范围2m-2000m特点精度：10mm视场角：80X360度；重量：16公斤,69,Riegl-LPM-321,扫描方式：脉冲式扫描速度10点每秒-1000点每秒扫描范围10m-6000m特点精度：25mm重量：16公斤发散角：0.8毫弧度（据此计算，0.0008XL,100米处光斑直径80mm,1000米处800mm,6000米处4800mm）多次回波支持，可记录3次反射,70,Riegl-VZ-400,扫描方式：脉冲式扫描速度最高12万5千点每秒扫描范围1.5m-600m特点视场角360X100度集成度高，电池、操控面板、液晶屏、32G内存重量9.8公斤无内置相机*多次回波分析，可记录两次反射结果,71,Riegl-VZ-1000,扫描方式：脉冲式扫描速度最高12万5千点每秒扫描范围1.5m-1400m特点视场角360X100度集成度高，电池、操控面板、液晶屏、32G内存重量9.8公斤无内置相机*多次回波分析，可记录两次反射结果,72,Optech,公司概况位于加拿大的一家专注地面、车载、机载三维激光扫描仪研发和生产的企业网址：http:/www.optech.ca在售产品型号：ILRIS-3D,73,Optech-ILRIS-3D,扫描方式：脉冲式扫描速度2500点每秒扫描范围3m-1500m特点视场角40X40度（增加底盘配件后，可自动水平旋转达到360X40度）内置600万像素数码相机；电池轻便；外形和运输箱看起来小巧，扫描仪重13公斤，旋转平台重10公斤。,74,Z+F,公司概况总部在德国，1963年成立，专业三维激光扫描仪研究制造商，在英国和美国设有分公司网址：http:/www.zf-在售产品型号：IMAGER5006i,75,Z+F-IMAGER5006i,扫描方式：相位式扫描速度50万8千点每秒扫描范围0.4m79m特点一体化，高度集成，内置电池，硬盘；无内置相机；310X360度视场角最小点间距0.1mm,76,Z+F-IMAGER5006h,扫描方式：相位式扫描速度101万6千点每秒扫描范围0.4m79m特点一体化，高度集成，内置电池，硬盘；无内置