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三維激光掃描儀范文第1篇

在測量逐步數(shù)字化的今天，三維已經(jīng)逐漸的代替二維，因為其直觀性是二維無法表示的。三維激光掃描儀就是近年來迅速發(fā)展起來的先進(jìn)測量儀器，由于激光具有單色性、方向性、相干性和高亮度等特性，將其引入測量裝置中，在精度、速度、易操作性等方面均表現(xiàn)出巨大的優(yōu)勢，它的出現(xiàn)是測繪領(lǐng)域繼GPS技術(shù)之后的又一次突破性技術(shù)革命。它突破了傳統(tǒng)的單點測量方法，能夠提供掃描物體表面的三維點云數(shù)據(jù)，通過對觀測對象進(jìn)行多角度的立體掃描、得到被測對象的位置及高度等信息，然后對這些信息進(jìn)行處理、建模，拼接成圖，即可獲取高精度高分辨率的數(shù)字模型。三維激光掃描儀每次測量的數(shù)據(jù)不僅僅包含X，Y，Z點的信息，還包括R，G，B顏色信息，同時還有物體反色率的信息，這樣全面的信息能給人一種物體在電腦里真實再現(xiàn)的感覺，是一般測量手段無法做到的。

1 三維激光掃描儀分類

三維激光掃描儀種類很多，按照掃描平臺的不同可以分為：機載（或星載）激光掃描系統(tǒng)、地面型激光掃描系統(tǒng)、便攜式激光掃描系統(tǒng)。

按照有效掃描距離可分為：

（1）短距離激光掃描儀：其最長掃描距離不超過3m，一般最佳掃描距離為0.6～1.2m，通常這類掃描儀，不僅掃描速度快且精度較高，適合用于小型模具的量測。

（2）中距離激光掃描儀：最長掃描距離小于30m的三維激光掃描儀屬于中距離三維激光掃描儀，其多用于大型模具或室內(nèi)空間的測量。

（3）長距離激光掃描儀：掃描距離大于30m的三維激光掃描儀屬于長距離三維激光掃描儀，其主要應(yīng)用于建筑物、礦山、大壩、大型土木工程等的測量。例如，奧地利Riegl公司出品的LMS Z420i三維激光掃描儀和加拿大Cyra技術(shù)有限責(zé)任公司出品的Cyrax2500激光掃描儀等，屬于這類掃描儀。

（4）航空激光掃描儀：最長掃描距離通常大于1公里，并且需要配備精確的導(dǎo)航定位系統(tǒng)，其可用于大范圍地形的掃描測量。

要保證掃描數(shù)據(jù)的精度，就必須根據(jù)項目的需要，在相應(yīng)類型掃描儀所規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)使用。

2 三維激光掃描儀外業(yè)數(shù)據(jù)采集

要進(jìn)行外業(yè)數(shù)據(jù)的采集，首先要選擇合適的位置設(shè)置測站。選取視野開闊，行人車輛較少的地方，架好三腳架，將三維激光掃描儀固定在三角架上，再選擇合適的位置（或者已知點）擺放球狀標(biāo)靶，并依次對其進(jìn)行編號，以便于后期點云數(shù)據(jù)的編輯操作。

首先要開機預(yù)熱約5分鐘左右，然后在儀器設(shè)置中輸入工程名稱，量取儀器高，并將儀器高及標(biāo)靶的坐標(biāo)、高程等數(shù)據(jù)輸入儀器，選擇掃描方式，可以進(jìn)行全景掃描，也可以指定角度范圍進(jìn)行掃描。設(shè)置好后保存，完成設(shè)站。設(shè)站完成后，就可以進(jìn)行掃描數(shù)據(jù)采集了，直到設(shè)置范圍內(nèi)景物掃描完畢。

一般情況下由于掃描物范圍過大，或者被掃描物體的形狀較復(fù)雜，一次設(shè)站往往不能完成物體的掃描，這就需要多次遷站，重復(fù)上述過程，以完成整個物體的掃描。為了拼接建模的需要，各測站中，要保持三個以上公共點。

3 掃描數(shù)據(jù)的內(nèi)業(yè)處理

3.1 掃描數(shù)據(jù)的預(yù)處理

野外數(shù)據(jù)采集完成后，回到室內(nèi)，將點云數(shù)據(jù)傳入電腦，應(yīng)用相應(yīng)專業(yè)軟件對掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理。

由于外業(yè)環(huán)境較為復(fù)雜，在數(shù)據(jù)采集過程中避免不了人員及車輛的通過。人員及車輛的數(shù)據(jù)信息就會被采集到儀器中，數(shù)據(jù)量大大增加，對于三維建模沒有用處，且會影響程序的運行速度，需要將其剔除，這就是點云數(shù)據(jù)的去噪聲。

點云數(shù)據(jù)采集的是海量數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)量過大會影響程序的運行速度，因此在不影響曲面模型重構(gòu)和保持一定精度的前提下需要對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行適當(dāng)刪除精簡。常用的精簡方法有：平均精簡即原點云中每n個點保留1個；按距離精簡即刪除一些點后使保留的點云中點與點間的距離均大于某值。

3.2 三維建模

對空間信息進(jìn)行可視化表達(dá)，即進(jìn)行三維建模，通常有兩類方法：基于圖像的方法和基于幾何的方法?；趫D像的方法是通過照片或圖片來建立模型，其數(shù)據(jù)來源是數(shù)碼相機。而基于幾何的方法是利用三維激光掃描儀獲取深度數(shù)據(jù)來建立三維模型，這種方法含有被測場景比較精確的幾何信息。

掃描時往往在一站不能測出所有數(shù)據(jù)，而需要從不同位置、多視角進(jìn)行多次掃描，即多次設(shè)站。各測站采集的點云就需要對齊、拼接。點云對齊、拼接可以通過在物體表面布設(shè)同名控制點（各測站間的重合標(biāo)靶）來實現(xiàn)。

為了真實地還原掃描物體，需要將掃描數(shù)據(jù)用準(zhǔn)確的曲面表示出來，這個過程叫曲面重構(gòu)。常見曲面有以下幾類：三角形網(wǎng)格、細(xì)分曲面、明確的函數(shù)表示、暗含的函數(shù)表示、參數(shù)曲面、張量積B樣條曲面、NURBS曲面、曲化的面片等。

曲面重構(gòu)完成后，下一步就可以進(jìn)行掃描物體的三維建模，還原掃描物體的本來面目，點云數(shù)據(jù)處理步驟基本完成。

4 注意事項

進(jìn)行三維激光掃描測站的選擇，應(yīng)注意該選在視野相對開闊的地方，四周遮擋物較少，這樣掃描范圍廣，減少測站的設(shè)置，提高工作效率，加快工作進(jìn)程。

其次測站的選擇離觀測對象不宜過近，以免仰角太大，影響成像的效果。

在掃描過程中，人員盡量減少在儀器前的走動，以免影響掃描結(jié)果，增加數(shù)據(jù)的采集。

各測站間一定要有3個以上重合點，且要有相應(yīng)的編號，便于數(shù)據(jù)的拼接建模。

5 三維激光掃描儀發(fā)展前景

三維激光掃描的主要特點是實時性、主動性、適應(yīng)性好。三維激光掃描數(shù)據(jù)經(jīng)過簡單的處理就可以直接使用，無需復(fù)雜的費時費力的數(shù)據(jù)后處理；且無需和被測物體接觸，可以在很多復(fù)雜環(huán)境下應(yīng)用；并且可以和GPS等集合起來實現(xiàn)更強、更多的應(yīng)用。三維激光掃描技術(shù)作為目前發(fā)展迅猛的新技術(shù)在文物古跡保護(hù)、建筑、規(guī)劃、土木工程、工廠改造、室內(nèi)設(shè)計、建筑監(jiān)測、交通事故處理、法律證據(jù)收集、災(zāi)害評估、船舶設(shè)計、數(shù)字城市、軍事分析等領(lǐng)域已有了廣泛的應(yīng)用，相信隨著科技的進(jìn)一步發(fā)展三維激光掃描技術(shù)將會在越來越多的領(lǐng)域得到充分的應(yīng)用。

【參考文獻(xiàn)】

[1]花向紅，馬立廣.地面三維激光掃描測量技術(shù)研究[D].武漢：武漢大學(xué)，2005.

三維激光掃描儀范文第2篇

關(guān)鍵詞：三維激光掃描 數(shù)據(jù)處理 地形圖 誤差 精度

中圖分類號：P2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）04（b）-0058-01

地形測量一體化是運用測量儀器及技術(shù)，對某一地形進(jìn)行外業(yè)測量，并通過內(nèi)業(yè)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、建模、生成地形圖的一體化生產(chǎn)過程。對于地形測量，常見的技術(shù)方法是全站儀測圖、GPS-RTK測圖、攝影測量等。而對于危險區(qū)域的地形測量，如高海拔、地形險峻、環(huán)境惡劣區(qū)域的地形數(shù)據(jù)采集，傳統(tǒng)的測量方法如全站儀測圖不能快速的獲取數(shù)據(jù)，且存在采點困難、作業(yè)效率低下等問題，而攝影測量雖然可以一次性獲取大量空間信息，但存在周期長、效率低等問題。三維激光掃描技術(shù)實現(xiàn)了傳統(tǒng)測量方法所不具有的優(yōu)點：無需接觸被測地形、高效率、高精度、快速獲取高密度的三維點云數(shù)據(jù)。三維激光掃描技術(shù)是一種新型的空間信息數(shù)據(jù)獲取手段，已經(jīng)在變形監(jiān)測、文物保護(hù)、土木工程、工業(yè)測量、自然災(zāi)害調(diào)查、數(shù)字城市地形可視化、城鄉(xiāng)規(guī)劃等領(lǐng)域得到廣泛運用[1-3]。

1 三維激光掃描儀在地形測量一體化中的運用

1.1 測區(qū)概況

本次測區(qū)為一滑坡，其位于四川省漢源縣縣城東南約20公里的萬工集鎮(zhèn)，地處大渡河瀑布溝庫區(qū)左岸，屬于高中山地形，掃描區(qū)域的地形起伏略大，植被較少，減少了對采集到的云數(shù)據(jù)的干擾，對數(shù)據(jù)的預(yù)處理比較有利，提高了點云數(shù)據(jù)的真實性和可靠性。

鑒于本項目的地形特點，決定采用Leica Scanstation2三維激光掃描儀進(jìn)行測量，使用拓普康GPT-7502全站儀布設(shè)控制網(wǎng)，其測角精度為2”，測距精度為±（2mm+2ppm）。

1.2 控制網(wǎng)布設(shè)

為了在統(tǒng)一的坐標(biāo)系下對點云數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配拼接，在測區(qū)范圍內(nèi)埋設(shè)了用于設(shè)站和定向的控制點K1～K6，其均勻布設(shè)在測區(qū)內(nèi)。掃描站點選擇在視野開闊的區(qū)域，在保證精度的情況下，能最大范圍的掃描到目標(biāo)。

1.3 外業(yè)數(shù)據(jù)采集

考慮到該地形的特殊性，采用分站式的掃描方式對測區(qū)進(jìn)行大面積的掃描，即以測站為中心，對周圍一定距離半徑的區(qū)域進(jìn)行掃描。

該三維激光掃描儀與常規(guī)全站儀測量不同，可采用已知后視點坐標(biāo)的自由設(shè)站法，置平后無須定向即可測量。將儀器安置在K1上，在測區(qū)選擇3個不在同一條直線上的點安放藍(lán)白標(biāo)靶，將其中一個標(biāo)靶安置在K2上，啟動配套的Cyclone軟件并建立數(shù)據(jù)庫與工程文件，通過設(shè)置角度范圍對掃描區(qū)域進(jìn)行拍照，設(shè)置好參數(shù)后對目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行掃描。然后依次把掃描儀架設(shè)在K3、K5、K6、K4、K2上，采用相同方法進(jìn)行掃描，直到所有掃描完成。

每測站掃描結(jié)束后進(jìn)行數(shù)據(jù)的現(xiàn)場檢查，判斷是否有區(qū)域掃描遺漏，檢查標(biāo)靶的采樣率是否符合要求，檢查無誤后對每一測站的數(shù)據(jù)進(jìn)行命名，包括測站名稱、掃描順序等，然后保存。

1.4 內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理

點云數(shù)據(jù)采集完成后，應(yīng)用Cyclone軟件及Geomagic Studio 12軟件對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。其處理過程主要包括：不同測站點云的拼接、噪聲處理、點云濾波平滑、抽稀壓縮、空洞修補及數(shù)據(jù)輸出。

1.5 地形圖的繪制

經(jīng)過預(yù)處理得到的點云數(shù)據(jù)其三維坐標(biāo)是基于掃描儀坐標(biāo)系統(tǒng)的，而地形圖采用的是國家坐標(biāo)系統(tǒng)，因此，在用點云數(shù)據(jù)繪制地形圖前需將基于三維掃描儀的點云數(shù)據(jù)坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到國家坐標(biāo)系中。在此采用四參數(shù)模型進(jìn)行平面坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換，而高程的轉(zhuǎn)換采用平面擬合法。

轉(zhuǎn)換完成后，從點云數(shù)據(jù)中提取居民地、交通設(shè)施、河流、陡坎、獨立地物等地物點坐標(biāo)并編輯制圖。其他高程點過濾植被后，按照成圖比例尺大小，選擇合適的點間距，稀釋點云數(shù)據(jù)，將采樣得到的點云數(shù)據(jù)導(dǎo)入到CASS中建立DTM模型，生成等高線。將地物和等高線圖形進(jìn)行疊加編輯，最終完成地形圖。

1.6 成圖質(zhì)量檢查

對三維激光掃描儀所獲得的點云數(shù)據(jù)所成的地形圖進(jìn)行質(zhì)量檢查，主要采用全站儀所測檢核點的三維坐標(biāo)和三維激光掃描儀掃描得到的點三維坐標(biāo)進(jìn)行對比計算，求出此類點的平面中誤差和高程中誤差[4]，進(jìn)行質(zhì)量檢查。

本次在測區(qū)內(nèi)均勻布設(shè)了5個檢核點，掃描時在檢核點上安置標(biāo)靶。采用全站儀測得5個檢核點的三維坐標(biāo)和掃描儀轉(zhuǎn)換后坐標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較來檢查地形圖的可靠性，見表1。

通過表1可以看出，兩者獲取的檢核點平面坐標(biāo)差值的絕對值最小為4mm，最大值為17mm；高程差值的絕對值最小值為4mm，最大值為28mm。采用表1中的數(shù)據(jù)，計算得到檢核點的平面中誤差和高程中誤差為：M??x=±15mm，My=±14mm，Mh=±20mm。

對采用三維激光掃描儀得到的點云數(shù)據(jù)與利用全站儀測得的三維坐標(biāo)，其檢核點的平面坐標(biāo)中誤差

2 結(jié)論

將三維激光掃描儀用于地形測量是完全可行的，在地形測量一體化中，采用三維激光掃描技術(shù)完全能夠滿足一般地形圖測量的需要，與其他地形圖測量方法相比較，其能夠?qū)崿F(xiàn)真正的一體化，利用三維激光掃描儀與計算機相結(jié)合得出的地形圖，大大提高了效率，節(jié)省大量人力物力，尤其是在地形險峻、人難以到達(dá)的地方有著極大的優(yōu)勢。

參考文獻(xiàn)

[1] 彭維吉，李孝雁，黃颯.基于地面三維激光掃描技術(shù)的快速地形圖測繪[J].測繪通報，2013（3）：70-72.

三維激光掃描儀范文第3篇

[關(guān)鍵詞]RIEGL VZ-1000 地面三維激光掃描儀 點云

[中圖分類號] F407.1 [文獻(xiàn)碼] B [文章編號] 1000-405X（2015）-2-116-2

1引言

地面激光掃描儀技術(shù)采用高速激光測量技術(shù)，以高精度高密度離散點云形式來反射測量目標(biāo)對象表面的三維形態(tài)信息，然后對點云觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，提取目標(biāo)對象矢量化三維空間形態(tài)信息。

RIEGL VZ-1000三維激光掃描系統(tǒng)主要由三維激光掃描儀，軟件部分包括系統(tǒng)控制軟件和數(shù)據(jù)后處理軟件RISCAN_PRO等，除此之外還配有GPS定位系統(tǒng)全站儀等常規(guī)測量系統(tǒng)為后續(xù)進(jìn)行地面空間數(shù)據(jù)獲取及數(shù)據(jù)拼接提供支持。

瑞格三維激光掃描儀其掃描原理是三維點云數(shù)據(jù)采集設(shè)備，主要包括激光發(fā)射器措施控制系統(tǒng)和測量每個激光脈沖水平角度與垂直角度根據(jù)空間三角函數(shù)的的原理計算出激光點在被測場景中的三維三坐信息，其工作原理是三維激光掃描儀發(fā)射出一個激光脈沖信號給物體表面反射后幾乎沿相同的路徑返向傳到接收器。測程范圍達(dá)到1400米，掃描精度5mm@100m。

2野外數(shù)據(jù)采集處理

數(shù)據(jù)采集包括根據(jù)掃描對象和周圍環(huán)境進(jìn)行設(shè)站，站點標(biāo)靶點的安置采集參數(shù)的設(shè)置掃描區(qū)間（角度設(shè)置）相機分辨率等外業(yè)數(shù)據(jù)掃描等。在擺放標(biāo)靶點反射片時應(yīng)該形成不規(guī)則三角形或多邊形一般距離控制到3-5米范圍內(nèi)，這樣可以傾斜掃描時掃描高度大一些，一般反射片不少于3個，同時在點云容易找到標(biāo)靶反射片的位置，這一點非常重要否則可能導(dǎo)致掃描站作廢。反射片的實地坐標(biāo)可配合GPS RTK采集。

3數(shù)據(jù)后處理

（1）建立工程及數(shù)據(jù)下載：下載點擊工具欄“project”命令-“New”-選擇工程在計算機中存貯位置并為工程命名；雙擊工程名在出現(xiàn)的對話框中點擊“Instrument”命令并且在“Network”命令下設(shè)置對應(yīng)掃描儀中IP地址。點擊工具欄“HELP”-“download and convert”-選取需要的數(shù)據(jù)進(jìn)行下載。（可右鍵工程名稱點”check all”全選所有數(shù)據(jù)）

（2）選取反射片或公共點：在新接觸RIEGL掃描儀或無明顯公共特征地物的情況下不建議運用選取公共點進(jìn)行點云數(shù)據(jù)的拼接，最好是每站擺設(shè)3個反射片來進(jìn)行粗拼和坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換。選取反射片一般在2D視圖下灰度模式中的點云數(shù)據(jù)中選取在反射片的中心點擊右鍵，選擇“create tiepoint here”輸入點名稱（點名稱應(yīng)便于記住并且與選取的公共點區(qū)分開）在2D視圖中選取反射片后，可在3D視圖中拖入標(biāo)記的反射片來檢查標(biāo)記的反射片位置是否正確。

（3）導(dǎo)入外業(yè)實測反射片坐標(biāo)：把外業(yè)RTK點（TXT格式或者CSV格式）導(dǎo)入TPL（GLCS）需要注意X6位Y7位； 如果我們是用選取公共點進(jìn)行站站之間的粗拼，或用反射片進(jìn)行粗拼，可以在TPL（GLCS）中選取所有點右鍵，復(fù)制到TPL（PRCS）。注意：一般我們在野外作業(yè)時都是用磁羅盤進(jìn)行定向配合GPS進(jìn)行數(shù)據(jù)掃描，內(nèi)業(yè)一般就可以不用進(jìn)行粗拼，所以我們不用將TPL（GLCS）中的點復(fù)制到TPL（PRCS）中。

（4）粗拼：就是將站站之間的位置在一定的誤差范圍內(nèi)重合。粗拼有三種方法，①在野外作業(yè)時都是用磁羅盤進(jìn)行定向配合GPS進(jìn)行數(shù)據(jù)掃描，相對位置不會發(fā)生太大的變化。某些個別站因為各種原因可能會發(fā)生相對位置變化很大的情況，我們可以通過改變某站掃描數(shù)據(jù)的X、Y、Z坐標(biāo)進(jìn)行粗拼。通過掃描儀中反射片坐標(biāo)TPL（SOCS）與RTK所測坐標(biāo)進(jìn)行點與點匹配進(jìn)行粗拼。將RTK所測的TPL（GLCS）在每站的TPL里面選擇TPL（GLCS） 尋找“同名點”（和導(dǎo)入的控制點匹配）點到點，設(shè)置正確的容差和匹配點個數(shù)。②如果無法匹配的時候首先檢查容差設(shè)置和匹配點數(shù)量的設(shè)置，如果還不行打開3D點云看選取的位置是否在所要選取的位置上。③如果在這一站里沒有找到這三個反射片可以通過手選3個公共點與有公共部分的站進(jìn)行匹配。

（5）手動拼接：在相關(guān)兩站點云中分別選擇至少三對同名點，通過每一站的TPL（SOCS）中的“尋找同名點功能”與其他站進(jìn)行拼接。用此拼接方法時需注意設(shè)定一站為基礎(chǔ)站，其他站一次往這站上拼，每進(jìn)行一次粗拼，就要馬上做一次精拼（例如scanpos001為基準(zhǔn)站，首先在scanpos001和scanpos002的點云中選取至少三對同名點，然后在scanpos002的TPL中點擊尋找同名點，勾選scanpos001站進(jìn)行粗拼，之后馬上對這兩站進(jìn)行精拼，然后在選取scanpos003與scanpos002的同名點進(jìn)行粗拼）。

（6）精拼（多站點拼接）：①準(zhǔn)備數(shù)據(jù)，在工具欄拼接命令下進(jìn)行創(chuàng)建用于拼接的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，設(shè)置參數(shù)（如果是做地形max plane error=0.02m（建筑的話為0.015）、max edge lenth=2m（建筑的話為1）、reference range=設(shè)置站站重疊長度或測程的一半）。②精拼打開多站點拼接命令，鎖定基礎(chǔ)站，如果多站已拼接好需將拼好站鎖定（拼好一站鎖一站），在拼接過程中一定要一站一站拼。需要設(shè)置的參數(shù)（設(shè)置搜索半徑，半徑大小根據(jù)粗拼的結(jié)果來定；設(shè)置誤差遞減，幅度不要太大；）根據(jù)計算的結(jié)果重復(fù)設(shè)置更小參數(shù)直至達(dá)到最優(yōu)結(jié)果；檢查點云數(shù)據(jù)，看無明顯分層即可。

（7）坐標(biāo)轉(zhuǎn)換：三維激光掃描儀獲取的點云是以掃描儀激光發(fā)射器位置為原點的掃描坐標(biāo)系（SP），每一個點的位置都能準(zhǔn)確的在此坐標(biāo)系中體現(xiàn)出來，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到我們測量施工坐標(biāo)系中的話，就需要計算一個坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)，高精度GPS的作用就是為了提供計算坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)需要的數(shù)據(jù)。SP坐標(biāo)系為每一站的掃描坐標(biāo)系，gl坐標(biāo)系為大地坐標(biāo)系，將sp坐標(biāo)系數(shù)據(jù)都統(tǒng)一轉(zhuǎn)換到gl坐標(biāo)系中。

若采用每站三個反射片粗拼的方法（即粗拼方法二），首先需要刪除TPL（prcs）里的所有點，之后將每一站TPL（socs）中的點復(fù)制到TPL（prcs），打開TPL（prcs）進(jìn)行點對點匹配（坐標(biāo)轉(zhuǎn)換）。

若沒有才用三個反射片粗拼的方法，可直接將每一站TPL（socs）中的點復(fù)制到TPL（prcs），打開TPL（prcs）進(jìn)行點對點匹配（坐標(biāo)轉(zhuǎn)換）。

（8）數(shù)據(jù)分塊：對于較大區(qū)域的測圖，由于GPS誤差、拼接誤差等多方面因素的影響，外業(yè)所采集的控制點在坐標(biāo)轉(zhuǎn)換過程中不可能完全應(yīng)用，為了提高精度我們需要將數(shù)據(jù)分為幾塊，保證每一塊內(nèi)采集的所有控制點都能在滿足精度要求的情況下使用。

（9）數(shù)據(jù)合并和抽稀：在OBJECTS里面的POLYDATA中右鍵新建一個POLYDATA文件，然后再出現(xiàn)的對話框中選擇所要合并的文件，并在設(shè)置中點擊octree命令在increment欄中確定抽稀的間隔距離，勾選Conbine命令合并選擇的數(shù)據(jù)。

（10）剔除植被打開合并好的數(shù)據(jù)，通過正視圖、側(cè)視圖等刪除噪點；部分選取數(shù)據(jù)，點擊terrian filter 按鈕，選擇工程坐標(biāo)系（GLCS）設(shè)置vegetation 剔除植被、mining-object剔除礦上上的物體、mining-points below terrain為剔除低于地面的點。在運行剔除植被之后，所有被計算機認(rèn)為是植被的點將處于選擇狀態(tài)，在這當(dāng)中通常會有一些坡坎點，我們需要手動的將這些有用的點進(jìn)行保留，進(jìn)入選擇狀態(tài)，選擇空五角星圖標(biāo)，手動選擇需要保留的點。

對點云進(jìn)行檢查把不參與生成等高線的點（噪點、植被、房屋等）手動框選刪除。

（11）選取地物點為了在CAD中描圖更加明顯，我們通常選取原始點云中的地物進(jìn)行繪制，打開有地物點的原始點云數(shù)據(jù)，手動選擇地物部分，用復(fù)制命令將這些點創(chuàng)建為一個新的polydata。

（12）點云附色：在原始點云數(shù)據(jù)上點擊右鍵，選擇color from image，本站拍攝的照片將會附到點云數(shù)據(jù)上，之后通過在視圖中選卻ture color一項查看彩色點云數(shù)據(jù)。

（13）導(dǎo)出點云數(shù)據(jù)：在polydata中選取處理好的數(shù)據(jù)點擊右鍵選取export命令-選擇保存類型1、選擇ascii格式導(dǎo)出ID X Y Z，加一列逗號當(dāng)高程點導(dǎo)入CAD；2，選擇地物導(dǎo)出DXF格式可以作為底圖導(dǎo)入南方CASS成圖軟件進(jìn)行展點繪制不同比例尺地形圖。

4結(jié)束語

三維激光測量技術(shù)應(yīng)用越來越廣泛，是近年來研究的熱點，只有三維激光掃描基礎(chǔ)知識掌握后不斷完善測量技術(shù)，經(jīng)過不斷的探索才能廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域，目前國內(nèi)沒有計量檢驗機構(gòu)及各項規(guī)范要求，如何建立客觀和統(tǒng)一的計量評判尺度，這是擺在我們面前需要和值得去探討的問題。

三維激光掃描儀范文第4篇

【關(guān)鍵詞】激光 掃描 裝置

1 前言

在現(xiàn)代檢測領(lǐng)域的很多場合，我們需要快速、準(zhǔn)確、有效地獲取空間三維信息。傳統(tǒng)測量技術(shù)主要是單點精確測量，可以很方便的測量出工件的幾何參數(shù)，但是用來建模就很困難。理論上，我們可以對一個物體測量許多個點，然后根據(jù)這些點的參數(shù)來建立物體的三維模型。為了準(zhǔn)確描述目標(biāo)結(jié)構(gòu)的完整屬性，需要大量的測量點采集，少則幾萬個，多則幾百萬以上，如果用傳統(tǒng)的測量方法，工作量太大，效率太低。

傳統(tǒng)的檢測方法和技術(shù)很難快速準(zhǔn)確地獲取各種大型、復(fù)雜、不規(guī)則被測物體或?qū)嵕暗娜S數(shù)據(jù)信息。利用三維激光掃描技術(shù)，可以迅速地獲取將被測物體的多維數(shù)據(jù)信息，進(jìn)而可以快速復(fù)現(xiàn)被測物體的三維實體模型。同時，還可以對激光掃描中獲取的三維點云數(shù)據(jù)進(jìn)行有限元分析、仿真分析、任務(wù)模擬等后續(xù)的處理工作，也可以作為UG、CAD、有限元等各種正向工程工具對稱應(yīng)用的工具。三維激光掃描技術(shù)應(yīng)用廣泛，但是成本也較高。本文介紹一種簡易的三維激光掃描實驗裝置，利用一些簡單的元器件即可組裝，完成基本的掃描任務(wù)，可較好地應(yīng)用于課堂教學(xué)。

2 實驗裝置的工作原理

由激光發(fā)射器將紅外光照射到被掃描物體上，利用改進(jìn)后的攝像頭（只能吸收紅外光）對物體進(jìn)行拍攝。攝像頭采集的信息經(jīng)軟件處理后生成點云，再將點云模擬成物體的具體形狀，實現(xiàn)三維掃描功能。

3 元器件的選用

3.1 激光發(fā)射器的選用

激光發(fā)射器的作用是產(chǎn)生激光并將其照射到被掃描物體上。激光照射到物體表面一般有兩種類型，點狀和線狀。線型光照射到被測物體反射后得到的是一個掃描截面的數(shù)據(jù)，所以采用線型光可以加快掃描速度，精度也較高。雖然線型光的光亮強度會隨著距離的增加而衰減，但是當(dāng)被掃描的物體距離較近時，完全可以滿足要求。

對于激光發(fā)射器的選擇，主要考慮發(fā)射波長和功率。本裝置建議選用波長為850nm的紅外激光發(fā)射器，與后續(xù)的紅外濾光片相配套（見“攝像頭的選用”）。為了能夠縮短攝像機曝光速率進(jìn)而從畫面上過濾到環(huán)境光的干擾，一般選擇較高的激光器功率。選擇較高功率的激光器還可以增加掃描距離。但是，選擇激光發(fā)射器時還應(yīng)考慮安全問題，功率越大，存在的安全隱患也越大。所以，本裝置不宜選取功率較大的激光發(fā)射器，建議選擇功率小于100MW的激光器，并時刻注意在使用時不能用眼睛直視。

3.2 攝像頭的選用

攝像頭的作用是采集圖像信息。如果攝像頭只能采集物體表面被照射的光線而不采集其他光線，這樣成像的效果最好，可大大減小環(huán)境干擾。一般市面常見的USB VGA攝像頭（像素越高越好）即可滿足要求，但是需要對其做一改進(jìn)。為了能夠使攝像頭只采集物體表面上的光線，需要移除攝像頭鏡片中的紅外截止濾光片，自行安裝一個紅外濾光片。

紅外濾光片允許紅外光透過而對可見光截止，它的透光波長范圍要與前面所選的紅外激光發(fā)射器波長相對應(yīng)。如果不移除紅外截止濾光片，則只能夠感受到很微弱的紅外信號。

3.3 伺服電機的選擇

為了能夠掃描物體的全部或某一特定輪廓形狀，需要激光發(fā)射器與攝像頭一起相對被掃描物體做旋轉(zhuǎn)運動。實現(xiàn)這一運動有兩種方式，即手動與自動兩種方式。手動形式最簡單的方法就是手持物體或激光器使其旋轉(zhuǎn)，另外一種方法就是將激光器安裝在專用支架上，然后手動旋轉(zhuǎn)調(diào)整。自動形式則需要采用步進(jìn)電機，通過步進(jìn)電機控制工作臺，帶動激光器或者物體做精確的旋轉(zhuǎn)運動，可以相對轉(zhuǎn)動某一指定的角度。

本實驗裝置中選用的攝像頭幀率是30fps，掃描速度不快，對步進(jìn)電機無太高要求，只要能夠直接控制定位到指定角度，驅(qū)動相對容易即可。普通的標(biāo)準(zhǔn)舵機雖然精度相對較低，但是考慮到本裝置的成本與使用場合，可滿足要求。

4 圖像的處理和渲染

利用專門軟件對攝像頭采集的圖像信息進(jìn)行處理，生成點云，從而建立被掃描物體的三維模型。由于采用了紅外激光器，在加裝濾光片后，背景光干擾被有效的去除。畫面上除了激光光斑外，幾乎看不到別的內(nèi)容。紅外激光在攝像頭中將以偏紫色的色彩顯示。一般情況下，可自行編寫軟件來查看3D點云，也可以利用開源的MeshLab、Matlab、Blender等工具查看點云。對于一般的實驗裝置，可以選擇david-laserscanner或者blender軟件，這兩款軟件使用方便、功能強大。

5 結(jié)語

現(xiàn)在市面上有很多三維激光掃描裝置，功能強大并且精度很高，但是價格不菲。文中介紹的掃描實驗裝置結(jié)構(gòu)簡單，只要明白了工作原理，完全可以自己組裝，能夠?qū)崿F(xiàn)基本的掃描功能，價格低廉，非常適用于課堂教學(xué)和學(xué)生的課外知識拓展。但是本實驗裝置也存在一些問題，比如掃描精度有待提高，如何將多次掃描的點云對接起來等。相對于幾千元甚至數(shù)萬元的激光掃描儀，該實驗裝置具有非常高的性價比。

參考文獻(xiàn)

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[2]范海英.三維激光掃描系統(tǒng)的應(yīng)用研究[J].遼寧科技學(xué)院學(xué)報，2009（02）： 34-35.

[3]趙曉明，洪波.三維激光掃描儀應(yīng)用技術(shù)研究[J].價值工程，2010 （09）：236.

[4]李兆遙嚴(yán)勇.三維激光掃描在工程測量中的應(yīng)用研究[J].蘇州科技學(xué)院學(xué)報（工程技術(shù)版），2009（01）：48-52.

三維激光掃描儀范文第5篇

[關(guān)鍵詞]三維激光掃描系統(tǒng) 測量原理 數(shù)據(jù)采集 精度

[中圖分類號] TU198+.5 [文獻(xiàn)碼] B [文章編號] 1000-405X（2014）-1-138-1

0引言

三維激光掃描系統(tǒng)是可深入到所有復(fù)雜的現(xiàn)場環(huán)境和空間中，透過三維激光掃描可以將各種大型的、不規(guī)則、復(fù)雜的、非標(biāo)準(zhǔn)或標(biāo)準(zhǔn)等實景或?qū)嶓w的三維數(shù)據(jù)完整地采集到電腦上，快速地重構(gòu)目標(biāo)的三維實體模型，在采集的三維激光點云數(shù)據(jù)也能把目標(biāo)的完整數(shù)據(jù)應(yīng)用在各種后處理工作對稱應(yīng)用的工具。

1三維激光掃描儀的測量原理

三維激光掃描儀是在激光的相干性、方向性、單色性和高亮度等特性的基礎(chǔ)上，在同時注重操作簡便和測量速度上，從而保證了測量的綜合精度，而其測量的原理是主要分為有測距、掃描、測角、定向這四個方面。

1.1三維激光掃描儀的測距原理

由于激光測距是激光掃描技術(shù)十分重要的組成部分，對于激光掃描的定位以及獲取空間三維信息是具有十分重要的作用?，F(xiàn)階段的測距方法主要是有：相位法、三角法、脈沖法。

測距方法都有其優(yōu)缺點，而主要是集中在測程和精度的關(guān)系上，脈沖測量的距離最長，可是精度會隨距離的增加而降低。相位法用于中程測量，具有比較高的測量精度，可它是通過兩個間接測量才能夠得到距離值，三角測量測程最短，可是精度最高，適用于近距離、室內(nèi)的測量。

1.2三維激光掃描儀的測角原理

區(qū)別于常規(guī)儀器的度盤測角方式，激光掃描儀是通過改變激光光路而獲得掃描角度。把兩個步進(jìn)電機與掃描棱鏡安裝在一起，進(jìn)而分別實現(xiàn)水平和垂直方向掃描。步進(jìn)電機也是一種將電脈沖信號轉(zhuǎn)換為角位移的控制微電機，它能夠?qū)崿F(xiàn)對激光掃描儀的精確定位。

1.3三維激光掃描儀的掃描原理

對于三維激光掃描儀是透過內(nèi)置的伺服驅(qū)動馬達(dá)系統(tǒng)的精密控制的多面掃描棱鏡的轉(zhuǎn)動，決定著激光束的出射方向，能夠讓脈沖激光束能夠沿著橫軸方向與縱軸方向進(jìn)行快速的掃描。掃描的控制裝置為：擺動掃描鏡和旋轉(zhuǎn)正多面體掃描鏡。對于擺動掃描鏡是一個平面反射鏡，是由電機的驅(qū)動來進(jìn)行往返振蕩，這種測距方式就是一種間接測距的方式，通過檢測發(fā)射和接收信號之間的相位差，從而獲得被測目標(biāo)的距離。測距精度較高，主要應(yīng)用在精密測量和醫(yī)學(xué)研究，精度可達(dá)到毫米級。

1.4三維激光掃描儀的定向原理

三維激光掃描儀掃描的點云數(shù)據(jù)都在其自定義的掃描坐標(biāo)系中，但是數(shù)據(jù)的后處理要求是大地坐標(biāo)系下的數(shù)據(jù)，這就需要將掃描坐標(biāo)系下的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到大地坐標(biāo)系下，這個過程就稱為三維激光掃描儀的定向。

2三維激光掃描技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1三維激光掃描技術(shù)原理

三維激光影像掃描技術(shù)又稱“實景復(fù)制技術(shù)”，全部所采集的三維建模數(shù)據(jù)和三維點云數(shù)據(jù)都能夠通過標(biāo)準(zhǔn)接口的格式轉(zhuǎn)換更為方便地為各種工程軟件來直接使用。

2.2三維激光掃描技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

應(yīng)用范圍非常廣泛，主要有建筑物、地形以及其他對象進(jìn)行的高精度測量。

2.2.1能夠塑造出高精度的數(shù)字地面模型以及城市模型

三維激光掃描影像數(shù)據(jù)是數(shù)據(jù)庫與GIS系統(tǒng)更新一個重要的信息來源。其所采集到的三維點云數(shù)據(jù)在經(jīng)過拼接與合并之后，從而進(jìn)行數(shù)據(jù)的預(yù)處理剔除粗差，而應(yīng)用數(shù)據(jù)濾波與分類算法而得到地面高程數(shù)據(jù)以及地物數(shù)據(jù)。地面高程數(shù)據(jù)是應(yīng)用在塑造高精度的一個數(shù)字地面模型，地物數(shù)據(jù)在經(jīng)過目標(biāo)識別的處理和提取就可以實現(xiàn)建立城市三維模型。

2.2.2帶狀地形的測圖數(shù)據(jù)采集

地面三維激光影像掃描儀能夠進(jìn)行野外局部帶狀地形區(qū)域的分段掃描。在具有一定重復(fù)掃描的區(qū)域內(nèi)，可進(jìn)行三維影像合并與拼接從而生成了帶狀影像圖。亦可以透過一些測量控制點來轉(zhuǎn)換到城市或國家坐標(biāo)系中，利用地物和地形三維點云數(shù)據(jù)來建立模型，進(jìn)而帶狀地形圖亦可以生成。而對于公路、鐵路、大渠大江兩岸部分不規(guī)則的呈帶狀地形圖的測量，可比常規(guī)的測量速度還要快、精度還要高。

2.2.3古文物建筑物測量和逆向工程的應(yīng)用

地面三維激光影像掃描技術(shù)能夠為三維測量及逆向工程、三維數(shù)字化設(shè)計、快速模具制造等相關(guān)技術(shù)方面而提供相應(yīng)的服務(wù)。也能夠快速高精度地完成復(fù)雜的古建筑結(jié)構(gòu)測量，大型景觀（如建造大佛景觀）三維數(shù)字設(shè)計與模板制作。

2.2.4其它方面的應(yīng)用

此外，地面三維激光影像掃描儀也可以應(yīng)用在復(fù)雜工業(yè)設(shè)備的建模與測量、房產(chǎn)圖測量與房屋建模、災(zāi)害三維實時監(jiān)測、工程建筑物變形監(jiān)測、礦山及隧道測量、事故災(zāi)害評估和大型水利工程安全監(jiān)測與研究等方面。

3結(jié)語

（1）三維激光掃描系統(tǒng)是具有快速、細(xì)致以及高精度的這些特點。而如果讓其應(yīng)用在地形測繪的領(lǐng)域，就可以減輕測繪工作人員的作業(yè)強度，和減少作業(yè)時間，進(jìn)而提高測繪效率，而且測繪也能夠得到一個讓人滿意的結(jié)果。

（2）運用三維激光掃描系統(tǒng)在進(jìn)行地形的測繪成圖的工作時，也需要GPS、全站儀等設(shè)備來進(jìn)行配合，從而空間每一個測站的位置也就確定了。

（3）若利用三維激光掃描系統(tǒng)得到的地形測繪成圖的質(zhì)量也會受到很多外在的因素影響，例如與測站的定位精度和目標(biāo)物體的反射面有關(guān)的誤差以及一些外界環(huán)境條件等。所以在使用的過程中就要盡可能地減少外在的因素對整個掃描質(zhì)量的影響，從而獲得更高質(zhì)量的測繪成果圖。

（4）三維激光掃描系統(tǒng)進(jìn)行地形測繪成圖的工作，是對于傳統(tǒng)地形測繪工作的有力補充，這個系統(tǒng)是在測繪工作人員難以到達(dá)的區(qū)域而開展數(shù)據(jù)采集方面占有十分大的優(yōu)勢。

參考文獻(xiàn)