三维激光扫描仪

三维激光扫描仪成都九洲电子信息系统股份有限公司安监事业部吴雨目录第一部分技术部分返回目录简介——三维激光扫描技术的概念三维激光扫描仪

通过发射激光来扫描获取被测物体表面三维坐标和反射光强度的仪器。三维激光扫描技术

三维激光扫描技术，是通过三维激光扫描仪获取目标物体的表面三维数据；对获取的数据进行处理、计算、分析；进而利用处理后的数据从事后续工作的综合技术。简介——三维激光扫描技术的特点

快速、高密度扫描

常规测量：每次测量1个点，每次测量耗时2-5秒；

三维激光扫描仪：每秒可测量数万到数百万个点，使快速获取复杂物体表面成为可能。多学科融合三维激光扫描技术涉及现代电子、光学、机械、控制工程、图像处理、计算机视觉、计算机图形学、软件工程等技术，是多种先进技术的集成。

简介——三维激光扫描仪分类简介——三维激光扫描技术详解原理——飞行时间

原理

根据光脉冲在被摄场景中的传播和反射时间，来获取场景中各点的距离信息。其中C为光速。飞行时间——脉冲测距

原理通过记录调制的激光信号在待测距离上往返传播所花费的时间，可由飞行时间法直接求得待测距离。飞行时间——相位差测距

原理通过测量调制的激光信号在待测距离上往返传播所形成的相移，间接测出激光传播时间，再根据激光传播速度，求出待测距离。原理——结构光

原理

物体点的三维坐标(X,Y,Z)，是经过像点（X’,Y’）与相机光心的直线与光平面的交点。三维激光扫描仪原理

不同测距原理技术对比

原理

参数飞行时间结构光脉冲法相位差法激光发射装置固体激光器（红宝石、YAG）连续光源激发器（He-Ne）连续光源激发器（He-Ne）测量距离远近非常近测量精度低高非常高扫描速度慢快慢三维激光扫描仪原理

工作原理红外线激光束射到旋转光学镜的中心。该光学镜将使激光在围绕扫描环境垂直旋转的方向上产生偏差；之后，将周围对象的该点处的数据并对该点进行定位。散射光反射回扫描仪。三维激光扫描仪主要技术参数——精度鉴于不可能获得真实值，只能用更精密仪器的测量值作为近似真实值，且精确度与准确度之间有一定的相关性，故实际中用精确度来衡量仪器的测量性能。柯尼卡美能达是唯一提供准确度参数的厂商。准确度与精密度三维激光扫描仪主要技术参数——精度扫描仪的精度参数

点位精度距离精度——大部分厂商只提供该值，且该值随实际扫描距离变化极大。角精度

表面建模精度

标靶获取精度三维激光扫描仪主要技术参数——分辨率

扫描分辨率包含以下参数光斑大小点间距

距离分辨率一般来说，分辨率越高，表面建模精度越高，重建得到的模型越精细。分辨率随测距原理、实测距离的变化而变化，距离越远光斑越大、点间距越大。

三维激光扫描仪主要技术参数——扫描速度

物理定义：单位时间内扫描物体的长度厂商定义：单位时间内发射（接收）激光点数（受散射等原因，激光发射/接收装置发射N个激光点仅能接收到N/3—N/5个点）三维激光扫描仪主要技术参数——PRR、反射率

PRR—Pulse

Repetition

Rate（激光发射频率）激光脉冲的发射频率越高，在单位时间内所发射的激光点的数量越多。

反射率—投射到物体上面被反射的激光能量与投射到物体上的总激光能量之比。直接影响到激光

扫描仪的实际测距能力。

参数之间的联系

PRR与单位时间发射点数当PRR=f

时，发射相邻两个激光点的间隔时间：则单位时间内可以发射的激光点数量N为：这与厂商的扫描速度定义相同，因此也有厂商将激光发射频率称作扫描速度。参数之间的联系

PRR与扫描距离（射程）当PRR=f

时，发射相邻两个激光点的间隔时间：光速为C，则扫描仪理论最大扫描距离D为：频率越高，射程越近，这也是相位式扫描仪普遍射程偏近的原因。参数之间的联系

扫描距离与精度扫描距离越远，精度越低

扫描距离与分辨率扫描距离越远，分辨率越低，为了获取更精确的模型，就需要增加PRR以增加发射激光点数量，但相应地，也就增加了扫描时间

分辨率与精度分辨率与表面建模精度有关，但与测量精度无关，厂商往往将之混为一谈。参数之间的联系

PRR、分辨率与扫描速度当反射率、扫描距离固定时，可以来衡量三者之间的关系：由于对于实际的待测物体，反射率与扫描距离总是固定点，对任何品牌的扫描仪都是这样，而分辨率则由用户具体需求确定，也可认为是固定值，因此：PRR越高的扫描仪，其扫描速度越快。这也是相位式扫描仪宣称速度快的原因。分辨率越高，扫描速度越慢PRR越高，扫描速度越快三维激光扫描技术的应用测绘计量建立三维模型测量距离土地资源调查建筑、厂房改造设计体积计量面积计量容积计量从用途上分（用来干什么？使用的目的？）三维重建——重建目标三维模型数值计算——距离测量、面积计算、体积计算、容积计算形变分析——前后测量数据对比，分析表面形变从应用领域上分采矿业、测绘工程、结构测量、逆向工程、数字城市、数字工厂、文物保护、虚拟现实、医学、娱乐业、土木工程等三维激光扫描技术的应用第二部分商务部分返回目录主要仪器厂家美国Surphaser美国FARO德国Z&F瑞士Leica

相位式相位式相位式脉冲式加拿大Optech奥地利Riegl日本Topcon美国Trimble

脉冲式脉冲式脉冲式脉冲式主要仪器厂家Surphaser

重点放在文物保护领域FARO

重点在工厂测绘、工程测绘（隧道）Leica

优势在品牌形象Riegl

优势为长距离测绘Z+F

优势在于仪器性能，拥有唯一一款防爆型扫描仪Maptek

长距离扫描仪，Leica贴牌产品——仪器中距离三维激光扫描仪Z+F(德国)1mm@50m产品——仪器长距离三维激光扫描仪Maptek(澳大利亚)