三维激光扫描技术及其应用教学文案

2019/11/25
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一、地面三维激光扫描技术
地面三维激光扫描技术(3D Laser Scanning Technology)
是利用激光进行高速、实时、自动获取给定区域目标表面 三维坐标的测量技术。
是一种大面积高密度的非接触式主动测量技术。
激光测量单元进行从左到右，从上到下的全自动步进扫描 测量，在激光测量斜距的同时，记录激光光束的水平角和 垂直角，从而解算目标相对于仪器中心的三维坐标，并可 同时记录反射信号强度值。
的不同。 • 按生产厂家不同：Surphaser（美国），I-site (澳
大利亚maptek)，riegl，徕卡，天宝，optect，拓 普康，faro等产家。
徕卡C10三维扫描仪
手持大型三维激光扫描仪 三维激光扫描仪 VZ-400
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• 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，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。
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地面三维激光扫描技术(3D Laser Scanning Technology) 快速扫描
在常规测量手段里，每一点的测量费时都在2-5秒不等三维 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.
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。
三维扫描系统是一种主动式的测量系统，无需合作目标，可以深入到复杂 的现场环境中进行扫描，将各种大型的、复杂的、不规则的实景三维数据完 整地采集到电脑中。其数据采集无论是白天，黑夜，还是恶劣条件天气均可 以测量。 可扩展性
三维激光扫描系统可以和GPS等集合起来实现更强、更多的应用。
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一、地面三维激光扫描技术
地面三维激光扫描技术(3D Laser Scanning Technology)
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。
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一、地面三维激光扫描技术 5 地面三维激光扫描仪作业流程
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一、地面三维激光扫描技术 6 地面三维激光扫描仪关键技术
点云获取
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一、地面三维激光扫描技术
3 地面三维激光扫描仪扫描特点
实时、动态、主动性 三维激光扫描系统为主动式扫描系统，通过探测自身发射的激光脉冲回射
信号来描述目标信息，使得系统扫描测量不受时间和空间的约束。 高密度、高度灵活性、高稳定性
激光扫描能够以高密度、高精度的方式获取目标表面特征。通过扫描可 以获得点云数据（海量数据）。可自由控制采集密度，适应不同的目的。观 测过程中无人工干预，由扫描仪内部电子设备自动控制，减少了人工干预的 不确定 。 无需和被测物体接触 ，适应性好
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一、地面三维激光扫描技术 1 地面三维激光扫描系统组成
扫描单元 控制单元 电源 三脚架和标靶
平面靶标（Flat Target） 球形靶标（Sphere Target）
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• 按用途分类： • 可分为为室内型和室外型。也就是长距离和短距离
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地面三维激光扫描技术及应用开发研究
花向红 教授 武汉大学测绘学院
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内容
一、地面三维激光扫描技术 二、地面三维激光扫描技术的应用 三、基于三维激光扫描技术的复制重建系统开发 四、基于三维激光扫描的电缆隧道分析系统 五、后续研究工作
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一、地面三维激光扫描技术
6 地面三维激光扫描仪关键技术
点云精简(点云压缩)
三维激光扫描仪得到的点云数据是海量数据，由于数据 量大得惊人，给数据处理和存储带来了很大困难。要高效率 地使用点云数据，必须采取科学方法加以压缩。显然，压缩 比越高，压缩后的数据就越少。可是压缩与保真是一对矛盾 ，压缩比越高，数据损失越多，保真度就越差。如何解决这 对矛盾，同时获得高压缩比和高保真度无疑是本项目的关键 技术之一。
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一、地面三维激光扫描技术 2 地面三维激光扫描仪扫描定位原理
Z Y

X
X L cos cos

Y

L cos
Βιβλιοθήκη Baidu
sin
Z L sin
在仪器内, 通过两个同步反射镜快速而有序地旋转, 将激光脉冲发射体 发出的窄束激光脉冲依次扫过被测区域,测量每个激光脉冲从发出经被测物 表面再返回仪器所经过的时间差( 或者相位差) 来计算距离, 同时扫描控制 模块控制和测量每个脉冲激光的角度, 最后计算出激光点在被测物体上的三 维坐标。
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一、地面三维激光扫描技术
4 地面三维激光扫描仪分类
按扫描距离分 微距小于1米 近距离1米~100米 中距离100米~500米 远距离大于500米目前，最长2500米
按平台分 星载IceSat Cloud and land Elevation Satellite 机载Riegl LMS Q560 地面Trimble Mensi GS200