三维激光扫描技术 PPT课件
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三维激光扫描仪应用PPT2
2.7
22..56
上表面 下表面
上表面 下表面
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39
房山铁路桥形变检测
房山铁路桥形变检测
房山铁路桥形变检测
THANKS!
凤凰传媒结构斜柱检测
凤凰传媒结构斜柱检测
京顺路钢梁检测
外业站点分布图
京顺路钢梁检测
点云数据
京顺路钢梁检测
构建三角网模型
钢梁模型数据分析
南北两侧角网模型与设计数据叠加分析， 采样数据中偏差值较大的部位集中在中部， 采样数据在2.5cm-5cm之间。
钢梁模型数据分析
偏差值统计图
提取剖面对比
凤凰传媒钢结构样板段检测
坐标值对比分析
凤凰传媒钢结构样板段检测
3D分析：
2维模式下的数据对比显然不够直观，三维激光扫描技术最优势 的地方在于其可进行三维数据分析，将设计模型和扫描所得三 角网模型导入3D分析软件中，即可对两者进行数据分析，得到 最大最小偏差，平均差值等，十分快捷直观。
钢结构接口测量
三维激光扫描技术 监测鸟巢焊接精度
拟合出特定 位置的特征 点，通过点 位坐标的比 较检测焊接 精度
三维模型建构
三维激光扫描技术 检测国家体育馆滑移精度
点云模型
三维激光扫描技术 检测国家体育馆滑移精度
曲面模型
鸟巢体育场圣火管道扫描测绘
利用激光扫描测绘技
术采集奥运圣火燃气输 送管道铺设工程设计数 据
点云模型
原始点云数据
三角网模型
火炬线数据
凤凰传媒钢结构样板段检测
外业扫描测绘
在外业扫描中，共扫描9站，标靶点10个
[课件资料]法如激光三维扫描仪在古建筑保护领域的应用
![[课件资料]法如激光三维扫描仪在古建筑保护领域的应用](https://img.taocdn.com/s3/m/0512959f50e2524de5187e54.png)
[课件资料]法如激光三维扫描仪在古建筑保护领域的应用三维激光扫描技术21世纪初，三维激光开始被应用于古建筑测绘领域，如用于故宫修复测绘、和数码相机相结合对古建筑物进行快速三维重建等，实现古建的数字化存档，为研究中国古建筑史和建筑理论提供重要资料。
三维激光在古建筑保护中相对于传统测绘手段而言更显示出其独特的、无法取代的优越性。
然而，由于建筑本身的特性以及技术本身的局限性，也使得三维激光用于古建筑测绘存在一定的缺陷，且技术含量较高，硬件设备昂贵，投入大，易受古建筑物周围高大树木遮挡等，实际实施往往有难度。
三维激光扫描仪(FaroFocus3D)图Faro大场景地面三维激光扫描仪系统概述三维激光扫描技术又称“实景复制技术”，通过现场扫描操作直接将各种大型、复杂、不规则的、标准或非标准等实体三维数据完整地采集到电脑中，进而快速重构出目标的三维模型及线、面、体、空间等各种制图数据。
同时，采集的三维激光点云数据还可进行各种后处理工作，如:测绘、计量、分析、仿真、模拟、展示、监测、虚拟现实等，它是各种正向工程工具的对称应用工具，即逆向工程工具。
它区别于传统的单点定位测量、点线测绘技术及照相测量技术。
图三维激光扫描仪三维激光扫描可以同时获取空间三维点云Pointcloud和彩色数字图像两种数据，扫描点空间定位精度达到5mm~10mm，使该项技术成为欧美等国在高效率空间数据获取和地面遥感探测及三维建模方面的研究热点。
近年来，该项技术在欧美等国家和地区的应用涉及城市规划、资源调查、灾害管理、工程设计及国防等方面，特别在城市三维景观、古建重建、虚拟现实与仿真等方面发挥了巨大优势。
工作原理三维激光扫描技术，是通过内部的激光脉冲发射器向目标物发出激光脉冲，通过反光镜旋转，发出的激光脉冲扫过被测目标，信号接收器接收来自目标体返回的激光脉冲，通过每个激光脉冲从发出到被测物表面返回仪器所经过的时间可以获得被测物体到扫描中心的距离，同时扫描控制模块可测量每个激光脉冲的水平扫描角α和竖向扫描角β，后处理软件自动解算得出被测点的相对三维坐标，进而转换成绝对坐标系中的三维空间位置坐标或三维模型。
工程测量新技术—三维激光扫描技术(工程测量)
• 1) 标靶
扫描仪的内部有一个固定的空间直角坐标系统。当一个扫描站上不能 测量物体全部而需要在不同位置进行测量时，或者需要将扫描数据转 换到特定的工程坐标系中时，都要涉及坐标转换问题。为此，就需要 测量一定数量的公共点来计算坐标变换参数。为了保证转换精度，公 共点一般采用特制的球面（形）标志（也称球星标靶）和平面标志 （也称平面标靶），在变形监测时一般采用贴片固定在监测对象上。
野外扫描方案设计
• 3).大范围区域扫描方案设计。当扫描范围比较大，扫描站 数较多时，采用一种拼接方式可能会有较大的累积误差。 目前大范围区域点云数据拼接是研究的热点问题，直接影 响野外扫描方案的制定。
野外获取点云数据
• 1.扫描的基本步骤。 • 在项目实施过程中，野外获取点云数据是重要的组成部分，
获取完整符合精度要求的点云数据是后续建模与应用的基 础。扫描开始前要做好相关准备工作，主要包括仪器、人 员组织、交通、后勤保障、测量控制点布设等。
野外获取点云数据
• 一个侧站上扫描的基本步骤为： • a.仪器安置。对于集成度较高的扫描仪，仪器安置主要工作包括电源
（锂电池或者交流电源）、对中（在需要条件下）、整平，这些操作 需要的时间非常短。对于扫描控制与数据存储采用笔记本电脑的分体 式扫描仪，需要将各个部件连接完整，就需要一定的时间内，一般是 半小时以内。 • b.仪器参数设置。在确认仪器安置无误后，可以打开仪器电源开关， 一般开机可能需要几分钟时间。当开机完成后，可以进行扫描参数设 置，主要包括工程文件名，文件存储位置，扫描范围，分辨率，标靶 类型等。其中与精度相关参数设置要与项目设计相符。
➢ 制定扫描方案的主要过程：
• 1）明确项目任务要求。当扫描项目确定后，承包方技术负责人必须向项目发 包方全方位细致的了解项目的具体任务要求，这是制定项目技术设计的主要 依据。
扫描仪的内部有一个固定的空间直角坐标系统。当一个扫描站上不能 测量物体全部而需要在不同位置进行测量时，或者需要将扫描数据转 换到特定的工程坐标系中时，都要涉及坐标转换问题。为此，就需要 测量一定数量的公共点来计算坐标变换参数。为了保证转换精度，公 共点一般采用特制的球面（形）标志（也称球星标靶）和平面标志 （也称平面标靶），在变形监测时一般采用贴片固定在监测对象上。
野外扫描方案设计
• 3).大范围区域扫描方案设计。当扫描范围比较大，扫描站 数较多时，采用一种拼接方式可能会有较大的累积误差。 目前大范围区域点云数据拼接是研究的热点问题，直接影 响野外扫描方案的制定。
野外获取点云数据
• 1.扫描的基本步骤。 • 在项目实施过程中，野外获取点云数据是重要的组成部分，
获取完整符合精度要求的点云数据是后续建模与应用的基 础。扫描开始前要做好相关准备工作，主要包括仪器、人 员组织、交通、后勤保障、测量控制点布设等。
野外获取点云数据
• 一个侧站上扫描的基本步骤为： • a.仪器安置。对于集成度较高的扫描仪，仪器安置主要工作包括电源
（锂电池或者交流电源）、对中（在需要条件下）、整平，这些操作 需要的时间非常短。对于扫描控制与数据存储采用笔记本电脑的分体 式扫描仪，需要将各个部件连接完整，就需要一定的时间内，一般是 半小时以内。 • b.仪器参数设置。在确认仪器安置无误后，可以打开仪器电源开关， 一般开机可能需要几分钟时间。当开机完成后，可以进行扫描参数设 置，主要包括工程文件名，文件存储位置，扫描范围，分辨率，标靶 类型等。其中与精度相关参数设置要与项目设计相符。
➢ 制定扫描方案的主要过程：
• 1）明确项目任务要求。当扫描项目确定后，承包方技术负责人必须向项目发 包方全方位细致的了解项目的具体任务要求，这是制定项目技术设计的主要 依据。
三维激光扫描技术
激光扫描测距技术（Light Detection and Ranging LiDAR） 是一种快速直接获取地形表面模型的技术
LIDAR是一种集激光测距、GPS（全球定位系统）和 INS（惯性导航系统）三种技术与一体的空间测量系 统 。是一种新型光传感器。LIDAR并非雷达 （Radar），雷达是声波传感器。
减少误差的方法：
扫描仪定期标定，确定测距和测角的系统误差。 扫描作业合理规划，尽量减少测站次数，从而减 少因点云配准引入的配准误差 缩短扫描距离，减少大气对激光传输的影响。 尽可能进行垂直扫描，避免激光光斑形状造成的 扫描点位置不确定性 采用滤波和拟合等数据处理手段，提高点云数据 质量
点云
剔除非目标物（不相关点云）
机载激光扫描
激光扫描仪： 机载激光扫描仪部件采集三维激光点云数据， 测量地形同时记录回波强度及波形激光扫描仪，是 LiDAR的核心，一般由激光发射器、接收器、时间间 隔测量装置、传动装置、计算机和软件组成。 线激光器发出的光平面扫描物体表面，面阵CCD 采集被测物面上激光扫描线的漫反射图像，在计算 机中对激光扫描线图像进行处理，依据空间物点与 CCD面阵像素的对应关系计算物体的景深信息，得到 物体表面的三维坐标数据，快速建立原型样件的三 维模型。
坐标计算公式
• Ｘ=Ｓcosθcosα • Ｙ=Ｓcosθsinα • Ｚ=Ｓsinθ
仪器坐标系
点云数据误差
• 大致可分为四类：仪器误差、与目标物体 反射面有关的误差、外界环境条件、点云 配准。 • 仪器误差是仪器本身性能缺陷造成的测量 误差，包括激光测距的误差；扫描角度测 量的误差； • 与目标物体反射面有关的误差主要包括目 标物体反射面倾斜的影响和表面粗糙度的 影响； • 外界环境条件主要包括温度、气压等因素。
三维扫描技术应用ppt课件
Konica Minolta三维扫描仪总览
Vivid9i
Vivid910
Range 7 Range 5
逆三 向维 工扫 程描 的仪 首 选 系 统
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柯尼卡美能达 三维扫描仪
RANGE7 / RANGE5
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柯尼卡美能达 三维扫描仪 ----解读
1.适合扫描复杂曲面 2.可以无需喷涂就能扫描黑色物体及表面反光物体 3.无需贴点 4.扫描速度快，校准简便 5.扫描范围大，配合照相系统可以扫描整车 S镜头，可以处理大容量数据。 7.点云数据，24位真彩色。 8.适用于逆向及检测，工业方面应用较多。
• 20种不同的扫描区域设置
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3.Rexcan III – 高品质
解析度: • 双相机，高解析度(最高可达
500万像素) • 更精锐的三维数据
英国硬币 – 10分
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3-1.Rexcan III – 高品质 扫描深度
V.S.
三角测量角度为25˚时
三角测量角度为10 ˚时
• 更小的三角测量角度令纵向扫描距离(扫描深度)更长
文物/医疗/工业
人体計測
3D-CAD的普及和需求的増大
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柯尼卡美能达三维扫描仪测量原理
被測定物
激光切断法
激光
利用激光扫描
CMOS感光器 接受物体的放射光
131万画素 （1280×1024）
CMOS感光器
三角測量原理
可在普通的照明环境下测量，无需在暗室操作
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・自由曲面多 ・测量部位多 适合于非接触式的测量物
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ZSCANNER手持式三维激光扫描仪
ZCORPORATION公司贴牌 Creaform公司产品
FARO三维激光扫描技术应用ppt
Focus3D 特点
• 极度简洁 o 常见的五分之一大小 (240 x 200 x 100mm³) o 常见的四分之一重量 (5.0 kg) o 彩色触控液晶屏操作 o无任何电缆
• 彩色选项内置（7000万像素）
• 锂电池内置
• 更高品质
• 易于使用的操作
• SD卡数据存储
• 两倍的旋转速度 (97Hz)
CAD Modeling with AutoCAD Plant 3D
•AutoCAD Plant 3D 2011 •提供：
• AutoCAD 2011的全部功能； • 目录式的3D modeling：
–管道Piping –设备Instrumentation –装置Equipment –钢结构Structural steel
• 集成的P&ID 图画； • 生成ISO 图表； • 兼容Autodesk Navisworks。
为何您会从3D激光扫描中获益？
Similar Case Study from Oil & Gas industry
为何您会从3D激光扫描中获益？ 案例分析
Task任务: 平台需要扩展，但是关闭时间必须最小化。 As-built Survey竣工测量: 对近海平台的三维激光扫描以及测量。 Modeling建模: •目标区域的点云数据会被处理并输出到PDMS建模。 •模型将被导入到这些点云中。 •PDMS模型的竣工验收将被进行。 •从点云生成的竣工模型与原设计的对比证实存在35处冲 突，如果没有三维激光扫描仪检测则无法证实这些冲突的 存在。
电源
电池
• 连续扫描时间长达5个小时 ▪ 14,4V, 110 Wh, 7,65 Ah
• 操作过程中可充电 • 1小时快速充满 • 可另配车载适配器 • 可选额外电池和快速充电器
三维激光扫描技术
三维激光扫描技术三维激光扫描技术三维激光扫描技术又被称为实景复制技术，作为20 世纪90 年代中期开始出现的一项高新技术，是测绘领域继GPS技术之后的又一次技术革命，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物体表面各个点的(x.y.z)坐标、反射率、(R.G.B)颜色等信息，由这些大量、密集的点信息可快速复建出1:1 的真彩色三维点云模型，为后续的内业处理、数据分析等工作提供准确依据。
具有快速性，效益高、不接触性、穿透性、动态、主动性，高密度、高精度，数字化、自动化、实时性强等特点，很好的解决了目前空间信息技术发展实时性与准确性的颈瓶。
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，主要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，大量的空间点位信息。
是快速建立物体的三维影像模型的一种全新的技术手段。
三维激光扫描技术使工程大数据的应用在众多行业成为可能。
如工业测量的逆向工程、对比检测；建筑工程中的竣工验收、改扩建设计；测量工程中的位移监测、地形测绘；考古项目中的数据存档与修复工程等等。
三维激光扫描原理三维激光扫描仪利用激光测距的原理，通过高速测量记录被测物体表面大量的密集的点的三维坐标、反射率和纹理等信息，可快速复建出被测目标的三维模型及线、面、体等各种图件数据。
由于三维激光扫描系统可以密集地大量获取目标对象的数据点，因此相对于传统的单点测量，三维激光扫描技术也被称为从单点测量进化到面测量的革命性技术突破。
三维激光扫描技术引入建筑工程的意义随着三维扫描技术的发展与成熟，它很快成为空间数据获取的一种重要技术手段，并在很多行业引起技术性变革的热潮。
目前，国内建筑行业处于变革的阶段，BIM在我们从事的行业中引爆，但是都处于一种建模，碰撞分析，检测等方面，但都没有深入衔接现实，忽略施工工地数据流与建筑信息模型间的流通转化，何谈运维，所以bim模型去哪了？并没有贯穿到bim 的全生命周期中去。
三维激光扫描技术与应用实例 PPT
三维激光扫描技术与传统测量技术的区别
三维激光扫描仪可以获取高密度的观测 目标的表面海量数据，采样速率高，对 目标的描述细致。
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按扫描平台 三维激光扫描仪
有效扫描距离
三维激光扫描仪的分类
机载激光 扫描系统 地面型激光 扫描系统 便携式激光 扫描系统 短距离激光
传统地形测量 • 平板白纸测图 • 经纬仪测图
现今地形测量 • 全站仪测图 • GPS-RTK测图 • 数字摄影测量
地形测量一体化
·三维激光扫描
三维激光扫描技术的概念
三维激光扫描仪（ 3D laser scanner ） 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(3D Laser Scanning Technology) 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；
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。
三维激光扫描系统的主要应用领域
三维激光扫描技术 ppt课件
扫描控制装置主要有：摆动扫描镜、旋转正多面体扫描镜。
摆动扫描镜为平面反射镜，由电机驱动往返振荡，扫描速度较慢， 适合高精度测量。
旋转正多面体扫描镜在电机驱动下绕自身对称轴匀速旋转，扫描 速度快。
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2.4 转换方法
将扫描坐标系下的数据转换到大地坐标系下，这个过程 就称为三维激光扫描仪的定向。
脉冲法的测量距离较远（几十米到几百千米），但是其测距 精度较低（厘米级），现在大多数三维激光扫描仪都使用这 种测距方式.
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2.1.3 相位测距法
相位测距法通过测定调制光信号在被测距离上往返传播所产 生的相位差，间接测定往返时间，并进一步计算出被测距离。
C：光速
ᶲ：激光信号往返传播产生的相位差
成像于计算机图像坐标中像坐标为（u，v）。
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空间任意一点世界坐标与对应计算机图像坐标中像素坐标的转 换关系：
k 是镜头径向畸变系数;dx和dy 分别是水平和垂直方向上CCD感光阵列 的像元间距; sx是由于图像采集扫描或抽样时延误差而引起的水平方向 不确定比例因子uo、v o为像面中心(透视中心在计算机图像的像素坐标)。 所有参数中： f ， sx， k ， dx ， dy， uo ， vo 为摄像机参数，需要通过
3.2.2 线位移测量法
适用于：系统由激光发射器，直角棱镜和CCD 元件组成。
当三维激光扫描仪转动时，出射的激光束将形成线性
的扫描区域，CCD 记录线位移量，根据其与距离S的比值则 可得扫描角度值。
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2.3扫描方法
三维激光扫描仪通过内置伺服驱动马达系统精密控制多面扫描棱 镜的转动，决定激光束出射方向，从而使脉冲激光束沿横轴方向和纵 轴方向快速扫描。
摆动扫描镜为平面反射镜，由电机驱动往返振荡，扫描速度较慢， 适合高精度测量。
旋转正多面体扫描镜在电机驱动下绕自身对称轴匀速旋转，扫描 速度快。
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2.4 转换方法
将扫描坐标系下的数据转换到大地坐标系下，这个过程 就称为三维激光扫描仪的定向。
脉冲法的测量距离较远（几十米到几百千米），但是其测距 精度较低（厘米级），现在大多数三维激光扫描仪都使用这 种测距方式.
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2.1.3 相位测距法
相位测距法通过测定调制光信号在被测距离上往返传播所产 生的相位差，间接测定往返时间，并进一步计算出被测距离。
C：光速
ᶲ：激光信号往返传播产生的相位差
成像于计算机图像坐标中像坐标为（u，v）。
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空间任意一点世界坐标与对应计算机图像坐标中像素坐标的转 换关系：
k 是镜头径向畸变系数;dx和dy 分别是水平和垂直方向上CCD感光阵列 的像元间距; sx是由于图像采集扫描或抽样时延误差而引起的水平方向 不确定比例因子uo、v o为像面中心(透视中心在计算机图像的像素坐标)。 所有参数中： f ， sx， k ， dx ， dy， uo ， vo 为摄像机参数，需要通过
3.2.2 线位移测量法
适用于：系统由激光发射器，直角棱镜和CCD 元件组成。
当三维激光扫描仪转动时，出射的激光束将形成线性
的扫描区域，CCD 记录线位移量，根据其与距离S的比值则 可得扫描角度值。
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2.3扫描方法
三维激光扫描仪通过内置伺服驱动马达系统精密控制多面扫描棱 镜的转动，决定激光束出射方向，从而使脉冲激光束沿横轴方向和纵 轴方向快速扫描。
三维激光扫描技术
第四十七页，编辑于星期六：十四点 十九分。
LiDAR在电力行业应用
对于规划电网线路，通过机载激光扫描测量技术 采集和处理的规划沿线数据，为电力线路优化，外业 勘测，设计施工提供数据支持与指导。
对于已建设电网线路，利用机载激光扫描测 量技术采集和处理的电网沿线数据，可以恢复电 线实际形状，自动测量电线到地面的距离和相邻 电线间距，计算垂曲度、跨度等，实现危险点预 警，以便及时调整与维修线路。
第三十四页，编辑于星期六：十四点 十九分。
机载激光扫描
激光测距原理
激光扫描最基本的工作原理与无线电扫描没有区别， 即由扫描发射系统发送一个信号，经目标反射后被接 收系统收集，通过测量反射光的运行时间而确定目标 的距离。
激光器到反射物体的距离(d)=光速(c)×时间(t)/2 激光束发射的频率能从每秒几个脉冲到每秒几万个 脉冲，接收器将会在一分钟内记录六十万个点。结合 GPS得到的激光器位置坐标信息，INS得到的激光方向信 息，可以准确地计算出每一个激光点的大地坐标X、Y、Z， 大量的激光点聚集成激光点云，组成点云图像。
DOM分辨率DOMDOM Nhomakorabea DLG
&DDLDOGEMM,
DEM
&
DOM+Laser 点云+DEM
0.2m)
Laser 点云数
据
第三十三页，编辑于星期六：十四点 十九分。
机载激光扫描
机载 LIDAR （机载激光扫描系统）
全称：激光探测及测距系统 机载激光扫描测量系统是一种主动航空遥感装置，是实现地 面三维坐标和影像数据同步、快速、高精确获取，并快速、 智能化实现地物三维实时、变化、真实形态特性再现的一种 国际领先的测绘高新技术。
LiDAR在电力行业应用
对于规划电网线路，通过机载激光扫描测量技术 采集和处理的规划沿线数据，为电力线路优化，外业 勘测，设计施工提供数据支持与指导。
对于已建设电网线路，利用机载激光扫描测 量技术采集和处理的电网沿线数据，可以恢复电 线实际形状，自动测量电线到地面的距离和相邻 电线间距，计算垂曲度、跨度等，实现危险点预 警，以便及时调整与维修线路。
第三十四页，编辑于星期六：十四点 十九分。
机载激光扫描
激光测距原理
激光扫描最基本的工作原理与无线电扫描没有区别， 即由扫描发射系统发送一个信号，经目标反射后被接 收系统收集，通过测量反射光的运行时间而确定目标 的距离。
激光器到反射物体的距离(d)=光速(c)×时间(t)/2 激光束发射的频率能从每秒几个脉冲到每秒几万个 脉冲，接收器将会在一分钟内记录六十万个点。结合 GPS得到的激光器位置坐标信息，INS得到的激光方向信 息，可以准确地计算出每一个激光点的大地坐标X、Y、Z， 大量的激光点聚集成激光点云，组成点云图像。
DOM分辨率DOMDOM Nhomakorabea DLG
&DDLDOGEMM,
DEM
&
DOM+Laser 点云+DEM
0.2m)
Laser 点云数
据
第三十三页，编辑于星期六：十四点 十九分。
机载激光扫描
机载 LIDAR （机载激光扫描系统）
全称：激光探测及测距系统 机载激光扫描测量系统是一种主动航空遥感装置，是实现地 面三维坐标和影像数据同步、快速、高精确获取，并快速、 智能化实现地物三维实时、变化、真实形态特性再现的一种 国际领先的测绘高新技术。
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（3） 进一步扩大扫描范围，实现全圆球扫描，获得被测景物空间 三维虚拟实体显示；
（4） 与其他测量设备（如GPS、IMU、全站仪等）联合测量，实时 定位、导航，并扩大测程和提高精度；
（5） 三维激光扫描仪与摄像机的集成化，在扫描的同时获得物体 影像，提高点云数据和影像的匹配精度；
（6）多源数据的智能化融合处理及多传感器的集成
Oc成像透视中心，物镜的光学主点； Oc-xcyczc：原摄像机坐标系； Ow-xwywzw：世界坐标系，Pw（xw,yw,zw）：世界坐标系上的空间点； Pn(Xn,Yn)：CCD传感器相面坐标；由于镜头畸变实际成像点Pd（Xd，Yd）；
成像于计算机图像坐标中像坐标为（u，v）。
空间任意一点世界坐标与对应计算机图像坐标中像素坐标的转 换关系：
脉冲法的测量距离较远（几十米到几百千米），但是其测距 精度较低（厘米级），现在大多数三维激光扫描仪都使用这 种测距方式.
2.1.3 相位测距法
相位测距法通过测定调制光信号在被测距离上往返传播所产 生的相位差，间接测定往返时间，并进一步计算出被测距离。
C：光速
ᶲ：激光信号往返传播产生的相位差
f：脉冲的频率
为什么要使用光三维扫描技术？
三维测量： 传统测量所测的的数据最终输出的都是二维结果（如CAD
出图）。 数字化的今天，三维已经代替二维。三维激光扫描仪 每次测量的数据直接包含点的空间坐标信息甚至还有其他关键 信息。 快速扫描：
常规测量手段里，一点的坐标进行测量时间长。测量速度已 经不能满足现代测量的需求。三维激光测量速度极快。 用途：
三种测距法的比较
2.2 测角方法
2.2.1 角位移测量法
扫描仪工作是由步进电机驱动的，由步进电机步距角 和步数，获得角位移。
步进电机步距角
Nr：电机的转子齿数;
m : 电机的相数；
b是各种连接绕组的线路状态数及运行拍数。
得到θb的基础上，可得扫描棱镜转过的角度值，进而得每 个激光脉冲横向、纵向扫描角度观测值为α、θ。
3.2.2 线位移测量法
适用于：系统由激光发射器，直角棱镜和CCD 元件组成。
当三维激光扫描仪转动时，出射的激光束将形成线性
的扫描区域，CCD 记录线位移量，根据其与距离S的比值则 可得扫描角度值。
2.3扫描方法
三维激光扫描仪通过内置伺服驱动马达系统精密控制多面扫描棱 镜的转动，决定激光束出射方向，从而使脉冲激光束沿横轴方向和纵 轴方向快速扫描。
k 是镜头径向畸变系数;dx和dy 分别是水平和垂直方向上CCD感光阵列 的像元间距; sx是由于图像采集扫描或抽样时延误差而引起的水平方向 不确定比例因子uo、v o为像面中心(透视中心在计算机图像的像素坐标)。 所有参数中： f ， sx， k ， dx ， dy， uo ， vo 为摄像机参数，需要通过
L：基线长； γ：发射光线与基线的夹角； λ：入射光线与基线的夹角； α激光扫描仪的轴向自旋转角度
三角法测量距离较短，适合于近距测量.测量范围几厘米到几米， 精度可达微米级
2.1.2脉冲测距法
脉冲测距法是通过测量发射和接收 激光脉冲信号的时间差来间接获得被测
目标的距离。
C：光速; △t:测得激光信号往返传播的时间差
通过三维激光扫描，获得被测目标的三维点云数据，根据点 云数据进行三维重构。
的形式记录，
每 一个点包含有三维坐标，甚至其它 信息）
三维重构
2 三维激光扫描的原理
• 三维激光扫描：对确定目标完整的三维坐 标数据测量, 全景点坐标数据（点云数 据）。
6 三维激光扫描技术的应用
（1）测绘工程领域
（2）结构测量方面 （3）娱乐业
（4）建筑、古迹测量方面
（5）紧急服务业 （6）采矿业
三维激光扫描技术
1 三维激光扫描技术 2 三维激光扫描的原理 3 三维激光扫描系统组成 4 三维激光扫描技术的优点 5 三维激光扫描技术的发展趋势 6 激光扫描技术的应用
1 激光三维扫描技术
三维激光扫描技术，又称“实景 复制技术”。它通过激光扫描测量的方 法，获取被测对象表面的三维坐标数据。 采集空间点位信息，快速建立物体的三 维影像模型的一种技术手段。
扫描控制装置主要有：摆动扫描镜、旋转正多面体扫描镜。
摆动扫描镜为平面反射镜，由电机驱动往返振荡，扫描速度较慢， 适合高精度测量。
旋转正多面体扫描镜在电机驱动下绕自身对称轴匀速旋转，扫描 速度快。
2.4 转换方法
将扫描坐标系下的数据转换到大地坐标系下，这个过程 就称为三维激光扫描仪的定向。
在坐标转换中，设立特制的定向识别标志，通过计算识 别标志的中心坐标，采用公共点坐标转换，求得两坐标系之 间的转换参数。
相位测距方法是一种间接测距方式，测距精度较 高（毫米数量级），主要应用在精密测量和医学研 究，精度可达到毫米级。
脉冲测距法和相位测距法测得距离向坐标的转换原理
X=Scosθcosα Y＝Scosθsinα Z＝Ssinθ
α ：发射激光光束的水平方向和x轴夹角角度 ； θ：发射激光光束垂直方向角度 ； S：扫描点到仪器的距离值 ；
• 为了获得被测目标的三维坐标信息，其测 量原理主要分为测距、角位移、扫描、定 向四个方面。
2.1 测距方法
• 激光测距对于激光扫描的定位、获取空间三维信息具有十分 重要的作用。
• 测距方法主要有：三角法、脉冲法，相位法。
2.1.1三角测距法:
三角法测距是借助三角形几何关系，求得扫描中心到扫描对象的 距离。
摄像机标定确定。
光平面参数r1 , r2,r3,r4, r5,r6,r7 , r8,r9, tx,ty,tz表示从摄像机坐标系到世界坐
标系的转换关系，通过光平面标定确定
像素坐标到世界坐标的映射:
按照坐标转换关系，从已知的像素坐标数据 (u ,v)（即（Xn，Yn）），
求取对应点在世界坐标系下坐标 (xw,yw,zw).
• 非接触测量 • 数据采样率高 • 主动发射扫描光源，不受扫描环境的影响 • 具有高分辨率 • 数字化采集,兼容性好 • 易扩展性，易于和其他设备结合
5 三维激光扫描技术的发展趋势
（1） 点云数据处理软件的公用化和多功能化，实现实时数据共享 及海量数据处理；
（2） 在硬件固定的情况下，测量方法和算法上提高精度，多种方 法相结合；
获得点云信息后点云信息处理、模型的三维重建
3 三维激光扫描系统组成
三维激光扫描系统组成：一般是由激光发射器、接收器，激 光自适应聚焦控制单元，光路调节装置，光机电自动传感装置，以
及后续处理用的计算机等。
一种三维激光扫描系统图：
仪器性能指标举例——徕卡ScanStation2
4 三维激光扫描技术的优点
（4） 与其他测量设备（如GPS、IMU、全站仪等）联合测量，实时 定位、导航，并扩大测程和提高精度；
（5） 三维激光扫描仪与摄像机的集成化，在扫描的同时获得物体 影像，提高点云数据和影像的匹配精度；
（6）多源数据的智能化融合处理及多传感器的集成
Oc成像透视中心，物镜的光学主点； Oc-xcyczc：原摄像机坐标系； Ow-xwywzw：世界坐标系，Pw（xw,yw,zw）：世界坐标系上的空间点； Pn(Xn,Yn)：CCD传感器相面坐标；由于镜头畸变实际成像点Pd（Xd，Yd）；
成像于计算机图像坐标中像坐标为（u，v）。
空间任意一点世界坐标与对应计算机图像坐标中像素坐标的转 换关系：
脉冲法的测量距离较远（几十米到几百千米），但是其测距 精度较低（厘米级），现在大多数三维激光扫描仪都使用这 种测距方式.
2.1.3 相位测距法
相位测距法通过测定调制光信号在被测距离上往返传播所产 生的相位差，间接测定往返时间，并进一步计算出被测距离。
C：光速
ᶲ：激光信号往返传播产生的相位差
f：脉冲的频率
为什么要使用光三维扫描技术？
三维测量： 传统测量所测的的数据最终输出的都是二维结果（如CAD
出图）。 数字化的今天，三维已经代替二维。三维激光扫描仪 每次测量的数据直接包含点的空间坐标信息甚至还有其他关键 信息。 快速扫描：
常规测量手段里，一点的坐标进行测量时间长。测量速度已 经不能满足现代测量的需求。三维激光测量速度极快。 用途：
三种测距法的比较
2.2 测角方法
2.2.1 角位移测量法
扫描仪工作是由步进电机驱动的，由步进电机步距角 和步数，获得角位移。
步进电机步距角
Nr：电机的转子齿数;
m : 电机的相数；
b是各种连接绕组的线路状态数及运行拍数。
得到θb的基础上，可得扫描棱镜转过的角度值，进而得每 个激光脉冲横向、纵向扫描角度观测值为α、θ。
3.2.2 线位移测量法
适用于：系统由激光发射器，直角棱镜和CCD 元件组成。
当三维激光扫描仪转动时，出射的激光束将形成线性
的扫描区域，CCD 记录线位移量，根据其与距离S的比值则 可得扫描角度值。
2.3扫描方法
三维激光扫描仪通过内置伺服驱动马达系统精密控制多面扫描棱 镜的转动，决定激光束出射方向，从而使脉冲激光束沿横轴方向和纵 轴方向快速扫描。
k 是镜头径向畸变系数;dx和dy 分别是水平和垂直方向上CCD感光阵列 的像元间距; sx是由于图像采集扫描或抽样时延误差而引起的水平方向 不确定比例因子uo、v o为像面中心(透视中心在计算机图像的像素坐标)。 所有参数中： f ， sx， k ， dx ， dy， uo ， vo 为摄像机参数，需要通过
L：基线长； γ：发射光线与基线的夹角； λ：入射光线与基线的夹角； α激光扫描仪的轴向自旋转角度
三角法测量距离较短，适合于近距测量.测量范围几厘米到几米， 精度可达微米级
2.1.2脉冲测距法
脉冲测距法是通过测量发射和接收 激光脉冲信号的时间差来间接获得被测
目标的距离。
C：光速; △t:测得激光信号往返传播的时间差
通过三维激光扫描，获得被测目标的三维点云数据，根据点 云数据进行三维重构。
的形式记录，
每 一个点包含有三维坐标，甚至其它 信息）
三维重构
2 三维激光扫描的原理
• 三维激光扫描：对确定目标完整的三维坐 标数据测量, 全景点坐标数据（点云数 据）。
6 三维激光扫描技术的应用
（1）测绘工程领域
（2）结构测量方面 （3）娱乐业
（4）建筑、古迹测量方面
（5）紧急服务业 （6）采矿业
三维激光扫描技术
1 三维激光扫描技术 2 三维激光扫描的原理 3 三维激光扫描系统组成 4 三维激光扫描技术的优点 5 三维激光扫描技术的发展趋势 6 激光扫描技术的应用
1 激光三维扫描技术
三维激光扫描技术，又称“实景 复制技术”。它通过激光扫描测量的方 法，获取被测对象表面的三维坐标数据。 采集空间点位信息，快速建立物体的三 维影像模型的一种技术手段。
扫描控制装置主要有：摆动扫描镜、旋转正多面体扫描镜。
摆动扫描镜为平面反射镜，由电机驱动往返振荡，扫描速度较慢， 适合高精度测量。
旋转正多面体扫描镜在电机驱动下绕自身对称轴匀速旋转，扫描 速度快。
2.4 转换方法
将扫描坐标系下的数据转换到大地坐标系下，这个过程 就称为三维激光扫描仪的定向。
在坐标转换中，设立特制的定向识别标志，通过计算识 别标志的中心坐标，采用公共点坐标转换，求得两坐标系之 间的转换参数。
相位测距方法是一种间接测距方式，测距精度较 高（毫米数量级），主要应用在精密测量和医学研 究，精度可达到毫米级。
脉冲测距法和相位测距法测得距离向坐标的转换原理
X=Scosθcosα Y＝Scosθsinα Z＝Ssinθ
α ：发射激光光束的水平方向和x轴夹角角度 ； θ：发射激光光束垂直方向角度 ； S：扫描点到仪器的距离值 ；
• 为了获得被测目标的三维坐标信息，其测 量原理主要分为测距、角位移、扫描、定 向四个方面。
2.1 测距方法
• 激光测距对于激光扫描的定位、获取空间三维信息具有十分 重要的作用。
• 测距方法主要有：三角法、脉冲法，相位法。
2.1.1三角测距法:
三角法测距是借助三角形几何关系，求得扫描中心到扫描对象的 距离。
摄像机标定确定。
光平面参数r1 , r2,r3,r4, r5,r6,r7 , r8,r9, tx,ty,tz表示从摄像机坐标系到世界坐
标系的转换关系，通过光平面标定确定
像素坐标到世界坐标的映射:
按照坐标转换关系，从已知的像素坐标数据 (u ,v)（即（Xn，Yn）），
求取对应点在世界坐标系下坐标 (xw,yw,zw).
• 非接触测量 • 数据采样率高 • 主动发射扫描光源，不受扫描环境的影响 • 具有高分辨率 • 数字化采集,兼容性好 • 易扩展性，易于和其他设备结合
5 三维激光扫描技术的发展趋势
（1） 点云数据处理软件的公用化和多功能化，实现实时数据共享 及海量数据处理；
（2） 在硬件固定的情况下，测量方法和算法上提高精度，多种方 法相结合；
获得点云信息后点云信息处理、模型的三维重建
3 三维激光扫描系统组成
三维激光扫描系统组成：一般是由激光发射器、接收器，激 光自适应聚焦控制单元，光路调节装置，光机电自动传感装置，以
及后续处理用的计算机等。
一种三维激光扫描系统图：
仪器性能指标举例——徕卡ScanStation2
4 三维激光扫描技术的优点