三维激光扫描仪

三维激光扫描仪 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。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。应用领域包括：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，市政建设等. 全站仪是单点测绘，由目镜对准被测物体，激光发射出去一次，测量一次数据。当然也有连续测量功能。获取的是单点坐标数据。

激光扫描仪是多点测绘，在规定的测量范围内，激光不停的测量，获取扫描仪到被测物体之间的空间关系，由激光扫描仪自身完成，人工干预少。获取的是百万点以上的点云数据。 三维激光扫描技术是国际上近期发展的一项高新技术。随着三维激光扫描仪在工程领域的广泛应用,这种技术已经引起了广大科研人员的关注。通过激光测距原理（包括脉冲激光和相位激光），瞬时测得空间三

维坐标值的测量仪器，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。

三维激光扫描技术又被称为实景复制技术，是测绘领域继GPS技术之后的一次技术革命。它突破了传统的单点测量方法，具有高效率、高精度的独特优势.三维激光扫描技术能够提供扫描物体表面的三维点云数据，因此可以用于获取高精度高分辨率的数字地形模型。 三维激光扫描技术是上世纪九十年代中期开始出现的一项高新技术，是继GPS空间定位系统之后又一项测绘技术新突破。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，为快速建立物体的三维影像模型提供了一种全新的技术手段。由于其具有快速性，不接触性，穿透性，实时、动态、主动性，高密度、高精度，数字化、自动化等特性，其应用推广很有可能会像GPS一样引起测量技术的又一次革命。

1.分类

目前市场上销售的三维激光扫描仪 的分类

1.1按测量方式

可分为基于脉冲式；基于相位差；基于三角测距原理。

2.三维测量

传统测量概念里，所测的的数据最终输出的都是二维结果（如CAD出图），在现在测量仪器里全站仪，GPS比重居多，但测量的数据都是二维形式的， 在逐步数字化的今天，三维已经逐渐的代替二维，因为其直观是二维无法表示的，现在的三维激光扫描仪每次测量的数据不仅仅包含X,Y,Z点的信息，还包括R,G,B颜色信息，同时还有物体反色率的信息，这样全面的信息能给人一种物体在电脑里真实再现的感觉，是一般测量手段无法做到的。

3.快速扫描

快速扫描是扫描仪诞生产生的概念，在常规测量手段里，每一点的测量费时都在2-5秒不等，更甚者，要花几分钟的时间对一点的坐标进行测量，在数字化的今天，这样的测量速度已经不能满足测量的需求，三维激光扫描仪的诞生改变了这一现状，最初每秒1000点的测量速度已经让测量界大为惊叹，而现在脉冲扫描仪（scanstation2）最大速度已经达到50000点每秒，相位式扫描仪Surphaser三维激光扫描仪最高速度已经达到120万点每秒，这是三维激光扫描仪对物体详细描述的基本保证，古文体，工厂管道，隧道，地形等复杂的领域无法测量已经成为过去式。

无臂式手持 3D 扫描系统和双摄像头传感器形成了一个独特的组合，确保在实验室和工作场所能生成最精确的测量值。 这一完备且功能强大的检测方案提高了测量过程的可靠性、速度和多功能性。 在铰接臂方面与其他 3D 扫描仪相比较，光学 3D 扫描系统可以完全自由移动，显著提高了工作效率和质量！

4.技术原理

应用扫瞄技术来测量工件的尺寸及形状等原理来工作。主要应用于逆向工程，负责曲面抄数，工件三维测量，针对现有三维实物（样品或模型）在没有技术文档的情况下，可快速测得物体的轮廓集合数据，并加以建构，编辑，修改生成通用输出格式的曲面数字化模型。

5.应用领域

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。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 。

三维激光扫描技术应用领域：

最近几年，三维激光扫描技术不断发展并日渐成熟，目前三维扫描设备也逐渐商业化，三维激光扫描仪的巨大优势就在于可以快速扫描被测物体，不需反射棱镜即可直接获得高精度的扫描点云数据。这样一来可以高效地对真实世界进行三维建模和虚拟重现。因此，其已经成为当前研究的热点之一，并在文物数字化保护、土木工程、工业测量、自然灾害调查、数字城市地形可视化、城乡规划等领域有广泛的应用。

（1）测绘工程领域：大坝和电站基础地形测量、公路测绘，铁路测绘，河道测绘，桥梁、建筑物地基等测绘、隧道的检测及变形监测、大坝的变形监测、隧道地下工程结构、测量矿山及体积计算。

（2）结构测量方面：桥梁改扩建工程、桥梁结构测量、结构检测、监测、几何尺寸测量、空间位置冲突测量、空间面积、体积测量、三维高保真建模、海上平台、测量造船厂、电厂、化工厂等大型工业企业内部设备的测量；管道、线路测量、各类机械制造安装。

（3）建筑、古迹测量方面：建筑物内部及外观的测量保真、古迹（古建筑、雕像等）的保护测量、文物修复，古建筑测量、资料保存等古迹保护，遗址测绘，赝品成像，现场虚拟模型，现场保护性影像记录。在考古和文物保护中有很多应用，在指南针计划当中已经开始实施的项目当中被广泛应用

在镇国寺、双林寺、晋祠等项目中被采用的Surphaser三维激光扫描仪，在此次项目当中表现最佳。Surphaser 三维激光扫描仪是按照美国军方标准严格设计和生产的测绘产品，广泛用于工业测量、考古和文物保护、工程测绘和科学研究。从帕特农神庙的数字化保护到NASA空间站及飞行器的测量，Surphaser充分体现了快速、高精度的特点，是最新三维激光测量技术的体现。最高扫描速度（120万点每秒）与高精度（0.3毫米精度）和优秀扫描品质（0.07毫米噪音）的结合；涵盖从0.2米到140米的扫描范围；超低噪音数据和亚毫米的精度；高扫描密度，质量相当于100M像素数码照片；防尘防水设计，可轻松工作在室内或室外环境；高质量、精确的扫描数据可以导出为多种格式，用于常用点云后处理软件（Polyworks, RealWorks Survey, Leica Cyclone, Geomagic等）。

（4）紧急服务业：反恐怖主义，陆地侦察和攻击测绘，监视，移动侦察，灾害估计，交通事故正射图，犯罪现场正射图，森林火灾监控，滑坡泥石流预警，灾害预警和现场监测，核泄露监测。

（5）娱乐业：用于电影产品的设计，为电影演员和场景进行的设计，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。

（6）采矿业：在露天矿及金属矿井下作业，以及一些危险区域人员不方便到达的区域。例如：塌陷区域、溶洞、悬崖边等进行三维扫描。

6.发展方向

近些年来，三维激光扫描仪已经从固定朝移动方向发展，最具代表性的就是车载三维激光扫描仪和机载三维激光雷达。

车载三维激光扫描仪

车载三维激光扫描仪的系统传感器部分集成在一个可稳固连接在普通车顶行李架或定制部件的过渡板上。支架可以分别调整激光传感器头、数码相机、IMU与 GPS天线的姿态或位置。高强度的结构足以保证传感器头与导航设备间的相对姿态和位置关系稳定不变。

道路和高速公路方面的应用 ：

1.公路测量，维护和勘察

2.公路资产清查（交通标志，隔音障，护栏，下水道口，排水沟等）

3.公路检测（车辙，道路表面，道路变形）

4.公路几何模型（横向和纵向的剖面分析）

5.结构分析（立交桥）

6.淹水评估分析

7.在 GIS系统中的叠加分析

8.滑坡分析，危害评估（滑坡变形测量与危害分析，滑石和流水分析）

9.交通流量分析，安全评估和环境污染评估

10.土石方量分析

11.驾驶视野和安全分析

机载激光三维雷达系统

机载激光三维雷达系统（Light Detection And Ranging，简称LiDAR）是一种集激光扫描仪（Scanner）、全球定位系统(GPS)和惯性导航系统(INS)以及高分辨率数码相机等技术于一身的光机电一体化集成系统，用于获得激光点云数据并生成精确的数字高程模型

（DEM）、DSM（数字表面模型），同时获取物体DOM（数字正射影像）信息，通过对激光点云数据的处理，DSM、DOM可得到真实的三维场景图。