自制低成本3D激光扫描测距仪(3D激光雷达)
自制低成本3D激光扫描测距仪(3D激光雷达)
来自CSK的低成本3D scanner。
Very Impressive！在开始介绍原理前，先给出一些扫描得到的3D模型以及演示视频，给大家一个直观的认识。
视频链接相关的图片：扫描得到的房间一角(点击查看原始尺寸)扫描的我(点击查看原始尺寸)扫描仪实物本文结构1. 简单介绍了激光雷达产品的现状2. 激光三角测距原理3. 线状激光进行截面测距原理4. 3D激光扫描仪的制作考虑5. 参考文献简介-激光扫描仪/雷达这里所说的激光扫描测距仪的实质就是3D激光雷达。
如上面视频中展现的那样，扫描仪可以获取各转角情况下目标物体扫描截面到扫描仪的距离，由于这类数据在可视化后看起来像是由很多小点组成的云团，因此常被称之为：点云(Point Clould)。
在获得扫描的点云后，可以在计算机中重现扫描物体/场景的三维信息。
这类设备往往用于如下几个方面：1) 机器人定位导航目前机器人的SLAM算法中最理想的设备仍旧是激光雷达(虽然目前可以使用kinect，但他无法再室外使用且精度相对较低)。
机器人通过激光扫描得到的所处环境的2D/3D点云，从而可以进行诸如SLAM 等定位算法。
确定自身在环境当中的位置以及同时创建出所处环境的地图。
这也是我制作他的主要目的之一。
2) 零部件和物体的3D模型重建3) 地图测绘现状目前市面上单点的激光测距仪已经比较常见，并且价格也相对低廉。
但是它只能测量目标上特定点的距离。
当然，如果将这类测距仪安装在一个旋转平台上，旋转扫描一周，就变成了2D激光雷达（LIDAR）。
相比激光测距仪，市面上激光雷达产品的价格就要高许多：图片: Hokuyo 2D激光雷达上图为Hokuyo这家公司生产的2D激光雷达产品，这类产品的售价都是上万元的水平。
其昂贵的原因之一在于他们往往采用了高速的光学振镜进行大角度范围(180-270)的激光扫描，并且测距使用了计算发射/反射激光束相位差的手段进行。
当然他们的性能也是很强的，一般扫描的频率都在10Hz以上，精度也在几个毫米的级别。
如何使用三维激光扫描仪进行测绘
如何使用三维激光扫描仪进行测绘近年来，随着科技的不断进步和发展，各种先进的仪器设备也应运而生。
其中，三维激光扫描仪作为一种高精度的测绘设备，得到了越来越广泛的应用。
本文将探讨如何使用三维激光扫描仪进行测绘。
一、三维激光扫描仪的原理三维激光扫描仪是一种通过测量激光束在目标物体表面的反射时间来获取三维空间点云数据的设备。
它利用激光束在空间中的传播速度和反射原理，通过扫描目标物体表面的方式，生成具有坐标和颜色信息的点云模型，实现对目标物体的测量和重建。
二、选择合适的扫描仪在进行测绘工作之前，首先需要根据实际需求选择合适的三维激光扫描仪。
不同型号的扫描仪在扫描速度、精度、分辨率以及适用环境等方面都有所不同。
因此，根据实际场景和测量要求，选择性能合适的扫描仪是十分关键的。
三、进行现场准备在开始测绘之前，需要做好现场准备工作。
首先，清理目标区域，确保扫描仪的激光可以顺利照射到目标物体表面。
其次，摆放参考点，为后续的数据处理和配准提供基准。
最后，根据实际情况设置扫描仪的扫描模式和参数。
四、进行扫描操作在进行扫描操作时，需要将扫描仪放置在适当的位置，并按照事先设定的模式和参数进行操作。
通常，可以采用手持式扫描或架设稳定的三脚架进行扫描。
通过控制扫描仪的快门速度和角度，可以获取到次定量级的时序点云数据。
五、数据处理与配准扫描完毕后，需要将采集到的点云数据进行处理和配准。
首先，利用三维激光扫描软件对数据进行滤波和降噪，以去除不必要的噪点和杂散数据。
然后，通过计算机视觉算法和匹配算法实现多个扫描数据的配准。
最终，将配准后的数据转换为标准的三维模型或地图。
六、应用领域与前景三维激光扫描仪在测绘领域有着广泛的应用前景。
它可以用于建筑物的测绘与监测、文物保护与修复、城市规划与设计等方面。
通过精确的测绘数据，可以为相关领域的研究和实践提供有力的支持。
综上所述，如何使用三维激光扫描仪进行测绘是一个值得深入研究和探讨的话题。
通过了解和掌握三维激光扫描仪的原理和操作流程，并选择合适的设备和进行有效的数据处理，可以实现高精度的测绘工作。
《自制测距仪》精品教案
《自制测距仪》精品教案自制测距仪精品教案一、教学目标教学目标是引导学生了解并能够自制测距仪，培养学生的动手能力和创造力。
二、教学内容1. 了解测距仪的原理和应用2. 研究用简单的材料制作测距仪3. 探索测距仪的实际应用场景三、教学过程1. 导入：介绍测距仪的作用和应用领域，激发学生的兴趣。
2. 理论讲解：讲解测距仪的原理和基本构造，引导学生了解测距仪的工作原理。
3. 实践操作：指导学生使用简单的材料制作测距仪，例如使用激光笔和反光材料等，让学生亲自动手制作。
4. 实验验证：让学生使用自制的测距仪进行实验，测量不同距离的物体，并记录测量结果。
5. 讨论交流：学生分享实验结果，并进行讨论，探索测距仪的实际应用场景。
6. 总结归纳：总结测距仪的原理、制作过程和应用，提醒学生在实际生活中如何应用测距仪。
四、教学评价1. 实验报告：要求学生提交实验报告，包括测距仪的原理、制作过程、实验结果和应用场景等内容。
2. 学生互评：让学生互相评价实验报告，提供意见和建议，促进学生之间的交流和研究。
五、教学资源1. PowerPoint课件：包括测距仪的原理和制作过程的图示。
2. 实验材料：激光笔、反光材料、尺子等。
六、教学延伸如果学生对测距仪的制作和应用感兴趣，可以引导学生进一步深入研究，例如探索其他类型的测距仪、测量原理的改进等。
七、教学反思教师应注意引导学生独立思考和动手实践，避免过多的理论讲解，让学生主动参与制作和实验。
八、设计意图通过自制测距仪的实践操作，培养学生的动手能力和创造力，提高学生对科技应用的兴趣和理解能力，激发学生对科学的探索欲望。
使用激光雷达进行三维测量的方法
使用激光雷达进行三维测量的方法激光雷达是一种常用的测量技术，可以高效地获取三维空间中物体的形状和位置信息。
在工业、建筑、航空等领域广泛应用。
本文将介绍使用激光雷达进行三维测量的方法。
一、激光雷达原理激光雷达利用激光束在空间中进行扫描，通过测量激光束的发射和回波时间来计算目标物体的距离。
其工作原理类似于声纳，只不过利用的是激光而非声波。
激光雷达一般由激光发射器、接收器、控制电路和数据处理单元等组成。
激光发射器发射出脉冲激光束，激光束照射到目标物体上并反射回来，接收器接收返回的光信号。
通过测量发射激光和接收回波之间的时间差，可以计算出目标物体与激光雷达的距离。
二、激光雷达测量方法使用激光雷达进行三维测量主要分为两种方法：主动测量和被动测量。
1. 主动测量主动测量是指激光雷达主动发射激光束进行测量。
这种方法可以获取目标物体的具体坐标和形状信息。
主动测量需要配备高性能的激光雷达设备，一般用于工程测量、地形测绘和机器人导航等应用中。
2. 被动测量被动测量是指利用激光雷达接收环境中的外部光源反射的光信号进行测量。
这种方法通常用于室内定位与导航、三维重建和智能驾驶等领域。
被动测量不需要发射激光，因此成本较低，适用范围更广。
三、使用激光雷达进行三维测量步骤使用激光雷达进行三维测量一般包括以下几个步骤：1. 设定测量范围：根据需要测量的目标物体或区域设定测量范围。
2. 放置激光雷达：根据测量范围的大小和形状，选择合适的位置放置激光雷达设备。
确保激光雷达可以全方位扫描到目标物体。
3. 启动激光雷达：按照激光雷达的操作手册启动设备，确保设备能够正常工作。
4. 数据采集：激光雷达在工作过程中会不断扫描目标物体，采集大量数据。
这些数据可以用于后续的分析和处理。
5. 数据处理：对采集到的数据进行去噪、滤波和分割等处理，提取目标物体的边界和形状信息。
6. 建立三维模型：根据处理后的数据，可以建立目标物体的三维模型，包括几何信息和纹理信息。
实验一 三维激光扫描仪数据采集
班级：测132 学号：2013123025 姓名：王秋瑾----------------------------------------------------------------------------------- 实验一三维激光扫描仪数据采集一、实验目的1．熟悉三维激光扫描仪结构与功能；2．掌握三维激光扫描仪作业模式；3．掌握三维激光扫描仪数据采集的方法。
二、实验时间与地点时间：2016年4月8日地点：测绘楼停车场三、实验的仪器与工具徕卡C10扫描仪一套，球形标靶4个。
四、实验内容（一）三维激光扫描仪主要部件（1）徕卡C10扫描文件仪（含电池）（2）三角架图4-1 徕卡C10扫描文件仪图4-2三角架（3）球形标靶4个(4)电池充电器2个图4-3 球形标靶图4-4 电池充电器（5）电源线1个，外接电缆1 个（6）内置扫描软件图4-5 电源线和外接电缆图4-6 内置扫描软件（二）三维激光扫描仪数据采集的方法（1）选取合适的扫描对象测绘132第三组选取汽车作为扫描对象（2）扫描仪安置在【主菜单】中点击【状态】图标（图4-7），在弹出的【状态菜单】中点击【整平&激光对中】图标（图4-8），调节脚螺旋使圆水准器气泡居中（图4-9），在弹出的【整平&激光对中】菜单中将扫描仪对中并整平（图4-10）。
图4-7主菜单图4-8状态菜单图4-9 圆水准器气泡居中图4-10对中整平菜单（3）新建工程文件在主菜单，点击【管理】图标，在弹出的【管理菜单】中点击【工程】图标（图4-11），在弹出的【工程】菜单中点击【新建】按钮来创建新的工程文件。
在【新建工程】菜单中输入名称：ch132,完成后点击回车按钮完成该项的输入(图4-12)，待所有的项目编辑完成之后点击【储存】按钮（图4-13）。
图4-11管理菜单图4-12新建工程输入面板图4-13新建工程菜单（4）设置测站点在建立新的工程文件后在主菜单，点击【扫描】图标，在弹出的【开始扫描】菜单中点击【新建站】按钮，由于是采用标靶测量，所以仪器自身设置测站号（5）目标物扫描在【主菜单】中点击【扫描】图标，在弹出的对话框中设置扫描参数信息，包括视场、分辨率、拍照控制、过滤器。
基于摄像头的激光测距仪
DIY基于摄像头的激光测距仪前言本文是由RoboticFan网友Rockets翻译的一篇由国外机器人爱好者撰写的激光测距仪的文章。
小编认为这篇文章具有相当的实用型和可操作性，发散一下思维能力，可以发现有很多应用。
介绍有很多现成的测距组件包括超声波、红外线、甚至是激光测距仪。
这些设备运行的很好，但是对于飞行机器人来说，重量是一个主要考虑因素。
一个可行的办法是增加现有组件的功能，并安装在机身上。
例如微型空中机器人的有效载荷是100g。
它能利用USB连接的摄像头（或mini无线摄像头）执行视觉任务，例如避障等。
更好的是，如采用两个摄像头，能提供立体的机器视觉，这样能增强避障性能，因为双镜头提供了视觉深度。
但缺点是需要增加另外一个摄像头的重量。
这篇文章就是讨论如何利用一个激光笔和一个摄像头来提供一个单镜头机器视觉和测距的。
这个项目很大一部分是基于下面这个教程的/ubr/ff03laser.php工作原理下图显示了如何将激光点投射到目标物上，并在摄像头上显示。
摄像头和激光点的距离是可以通过计算而得出的。
公式很简单，因此这个技术在需要很快运行的机器视觉应用上是适合的。
介绍一下工作原理。
一束激光被投射到目标物上，并在摄像头上被显示。
激光束被认为是理想的平行于摄像头的中心光轴。
激光点由摄像头的其余部分所捕获。
一个简单的计算就是寻找最亮点。
如果设激光点就是这个场景的最亮点（似乎在室内我的激光发射器确实是最亮的），那么这个点的位置在图帧中的位置是确定的。
然后我们只需要计算这个点在沿着y 轴的距离，就能计算出目标物离摄像头的距离，激光点距离中心越近，离目标物越远。
如同公式所示，距离D是可以被计算出来的。
为了计算这个等式，我们需要知道激光器和摄像头之间的距离h，这是个常数，还有角度，角度可以计算。
其中：pfc＝从焦平面到中心的像素数量rpc＝单个像素的弧度ro＝弧度补偿（弥补对齐错误）代入上式，我们得到：这样，从图像中就能将焦平面到激光点像素数计算出来。
三维激光测量技术的原理与使用方法
三维激光测量技术的原理与使用方法激光测量技术是一种高精度、高效率的测量方法，在工业生产、建筑设计以及科学研究中被广泛应用。
其中，三维激光测量技术作为激光测量技术的一种重要形式，具有更高的精确度和全面性。
本文将介绍三维激光测量技术的原理与使用方法。
一、三维激光测量技术的原理三维激光测量技术是通过测量物体与激光束的相互作用来确定物体表面的点坐标，进而建立物体的三维坐标系统。
其基本原理可以概括为以下几点：1. 激光测距原理：三维激光测量技术主要是基于激光测距原理实现的。
激光器发出的激光束照射到物体上，激光束被物体表面反射后再由激光接收器接收。
通过测量激光束的往返时间，并结合光速的知识，可以计算出激光束从发射到接收的时间，从而得到物体表面的点到激光器的距离。
2. 多点定位原理：三维激光测量技术的另一个重要原理是多点定位原理。
通过在物体表面上布置多个接收器，可以同时接收到多个反射激光束，从而确定物体表面的多个点的坐标。
而通过这些点的坐标，可以建立起物体的三维坐标系统。
3. 反射率校正原理：物体表面的反射率对激光测量结果有一定的影响。
在进行激光测量时，常常需要对物体表面的反射率进行校正，以得到更准确的测量结果。
一般来说，物体表面越光滑，其反射率就越高，对激光的反射也就越强。
二、三维激光测量技术的使用方法三维激光测量技术在实际应用中有多种方法和步骤，可以根据具体需求选择不同的使用方式。
1. 扫描法：三维激光测量技术可以通过扫描法获取目标物体表面的三维信息。
首先，在测量区域内设置扫描器和接收器，扫描器会以一定的速度扫描整个区域，同时记录接收到的反射激光束信息。
然后，将接收到的数据进行处理和分析，得到物体表面各个点的三维坐标数据。
2. 三角测量法：三角测量法是三维激光测量技术中常用的一种方法。
在进行测量之前，确定基准点和测量点的坐标，通过测量激光束与基准点和测量点的夹角，以及激光束与基准点之间的距离，可以利用三角函数计算出测量点的三维坐标。
三维激光扫描仪的使用教程及效果展示
三维激光扫描仪的使用教程及效果展示现如今，随着科技的不断进步与发展，我们生活的方方面面都得益于现代科技的蓬勃发展。
其中，三维激光扫描仪作为一种先进的测量工具，正在被广泛应用于各行业中。
本文将为您详细介绍三维激光扫描仪的使用教程，并通过实际案例展示其出色的效果。
一、三维激光扫描仪简介三维激光扫描仪是一种使用激光测距原理进行三维信息采集与处理的仪器。
它通过发射激光束来扫描物体表面，通过接收激光反射回来的信号来测量物体的位置与形状，从而实现对物体的全方位测量与重建。
相比传统的测量工具，三维激光扫描仪具有测量速度快、精度高、操作简便等优势，被广泛应用于建筑、工程、制造、文化遗产保护等领域。
二、三维激光扫描仪的使用教程1. 准备工作在使用三维激光扫描仪之前，首先需要进行一些准备工作。
确保仪器处于正常工作状态，检查扫描仪的设备连接，确保电源充足，以便正常进行扫描操作。
另外，还需选择合适的扫描场景与扫描模式，根据实际需求确定扫描范围与精度。
2. 扫描操作开始扫描之前，我们需要将三维激光扫描仪放置在固定位置，并确保其稳定。
接着，在扫描软件中设置扫描参数，例如分辨率、角度等。
然后，根据扫描仪的指示，将激光束对准目标物体进行扫描。
在扫描过程中，需保持稳定的手持，保持扫描过程的连贯性和准确性。
3. 数据处理与重建一旦扫描完成，我们可以将扫描的数据导入到计算机中进行进一步处理与重建。
主要的数据处理步骤包括点云配准、深度图像处理、三维模型生成等。
通过配准技术，可以将多次扫描的数据进行对齐，形成一个完整的三维模型。
根据实际需求，可以对三维模型进行编辑、修复、优化等操作，以得到更加精确的模型。
三、三维激光扫描仪的效果展示随着三维激光扫描仪的普及与应用，其出色的效果也逐渐展现出来。
下面将通过几个实际案例展示三维激光扫描仪的应用效果。
1. 建筑测量与设计三维激光扫描仪可以快速准确地获取建筑物的外部结构与内部空间信息，方便进行建筑测量与设计。
使用激光雷达进行三维测量的方法
使用激光雷达进行三维测量的方法激光雷达是一种常用的三维测量技术，能够快速、准确地获取物体的空间信息。
随着科技的进步和激光雷达设备的不断更新，它在测绘、建筑、工程、军事等领域得到了广泛应用。
本文将介绍使用激光雷达进行三维测量的主要方法和技术。
首先，激光雷达的工作原理是利用激光束发射器向目标物体发射脉冲激光束，当激光束击中目标物体后，部分激光束将被目标物体反射回来，再由激光雷达接收器接收到反射回来的激光束。
通过测量激光束的往返时间和强度变化，可以计算出目标物体与激光雷达之间的距离和空间坐标。
在激光雷达三维测量中，常用的方法包括扫描式激光雷达和固态激光雷达。
扫描式激光雷达通过旋转和扫描激光束来获取目标物体的三维信息。
固态激光雷达采用固定激光发射器和接收器结构，通过调节激光束的发射和接收方向，实现对目标物体的观测和测量。
扫描式激光雷达具有测量距离远、测量精度高的优势。
它适用于对建筑物、地表等大面积区域进行高精度测量。
然而，由于其扫描速度较慢，可能无法满足某些特定场景下的快速测量需求。
相比之下，固态激光雷达测量速度更快，适用于移动平台上的实时三维测量。
在激光雷达三维测量中，数据处理是一个关键环节。
激光雷达采集到的原始数据是点云数据，即由若干个空间坐标点组成的集合。
点云数据的处理包括点云滤波、配准、特征提取等步骤。
点云滤波用于去除噪声点，提高数据质量；配准是将多组点云数据进行对准，得到较大范围的三维模型；特征提取可以从点云中提取出目标物体的特征，例如边缘、平面等。
除了点云数据处理外，激光雷达三维测量还需要进行数据配准和融合。
数据配准是将不同位置、方向的点云数据进行对齐，以实现整个场景的完整重建。
数据融合是将多个激光雷达采集到的点云数据进行融合，得到更全面、更精确的三维模型。
数据配准和融合是激光雷达三维测量中的重要步骤，对于实现高精度测量非常关键。
此外，激光雷达三维测量还需考虑误差补偿和坐标系统转化。
由于激光雷达设备和测量环境的限制，测量结果必然存在一定的误差。
使用激光扫描测量进行三维建模的步骤与要点
使用激光扫描测量进行三维建模的步骤与要点近年来，随着科技的不断发展，三维建模技术在许多领域中得到了广泛应用。
其中，使用激光扫描测量进行三维建模成为一种常见的方法。
它可以高精度地捕捉物体表面的细节信息，为后续的建模工作提供重要数据。
本文将介绍使用激光扫描测量进行三维建模的步骤与要点。
第一步：设定扫描区域在进行激光扫描测量之前，首先需要设定好扫描的区域。
这个区域可以是一个物体、一个建筑或者一个室内空间。
确定好扫描区域有助于后续的扫描安排，并能提供参考框架。
第二步：准备扫描设备准备好激光扫描仪和相关辅助设备是进行测量的重要步骤。
确保设备的状态良好，并熟悉设备的使用方法。
这些设备通常包括激光扫描仪、三脚架、反射器和计算机。
在使用之前，需要进行校准以确保测量的准确性。
第三步：进行扫描测量在进行扫描测量之前，需要按照设定的扫描区域安排好扫描路径。
根据具体情况，可以选择手持式扫描或自动化扫描。
手持式扫描适用于较小的物体，而自动化扫描适用于大型区域或复杂结构。
在扫描过程中，激光扫描仪会发射激光束，并记录激光在物体表面反射后返回的时间和位置信息。
第四步：数据处理与清理得到扫描数据后，需要进行数据处理与清理工作。
这个步骤的目的是去除噪声、纠正误差并提取有效信息。
常见的数据处理工作包括点云配准、点云合并和数据筛选。
点云配准是将不同扫描数据进行匹配，以得到完整的物体表面信息。
点云合并是将多个扫描数据组合成一个整体。
数据筛选包括去除重复点、离群点和无效数据。
第五步：建模与渲染完成数据处理后，可以进行建模和渲染工作。
根据需要，选择合适的建模软件进行建模。
常见的建模方法包括曲面重建、体素化和网格生成等。
建模过程中，需要根据扫描数据进行调整和编辑，以得到精确的三维模型。
完成建模后，可以进行渲染与贴图，以使模型更加逼真。
第六步：验证与修正建模完成后，需要对模型进行验证与修正。
验证的目的是检查模型的准确性和完整性。
可以通过与实际物体进行比对或与其他数据源进行对比，以评估模型的质量。
利用激光雷达进行三维测绘的步骤与技巧
利用激光雷达进行三维测绘的步骤与技巧引言近年来，随着激光雷达技术的不断进步，其在三维测绘领域得到了广泛的应用。
利用激光雷达进行三维测绘可以快速、准确地获取目标物体的三维空间信息，广泛应用于城市规划、建筑设计、环境监测等领域。
本文将介绍利用激光雷达进行三维测绘的步骤与技巧，希望对读者对于该领域有所了解与启发。
一、设备准备在进行三维测绘之前，首先需要准备好激光雷达等相关设备。
激光雷达是三维测绘的核心设备，可以通过激光束扫描物体表面，获取点云数据。
同时，还需要配备高精度的GPS定位系统和惯导系统，以确保测绘结果的精度和准确性。
此外，还需要计算机及相关软件，用于数据的处理和分析。
二、测绘前的准备工作在进行实际的三维测绘之前，需要对所测绘区域进行一些准备工作。
首先，需要对测绘区域进行调查，了解地形和地貌的情况，并进行必要的勘测和测量。
同时，还需要获取测绘区域的地形图和影像资料，以辅助后续的数据处理与验证。
三、测绘过程1. 安装设备：在测绘现场，首先需要将激光雷达设备安装在测绘平台上，保证设备的稳定性和角度的准确性。
同时，要确保设备的电源供应和数据传输的正常工作。
2. 数据采集：通过激光雷达，可以获取物体表面的点云数据。
在采集数据时，需要根据实际情况选择合适的激光扫描模式和参数，并保证激光雷达与目标物体之间的距离适中，以获得更好的测绘效果。
3. 坐标系统校准：在进行数据采集之前，需要对坐标系统进行校准。
通常采用的方法是在测绘现场设置控制点，同时记录其坐标信息。
之后，通过与GPS和惯导系统的数据进行比对和转换，可以将激光雷达采集到的数据与实际坐标进行对应。
4. 数据处理：数据采集完成后，需要对采集到的原始数据进行处理。
首先，要进行杂点滤除，剔除掉那些异常点和噪声数据，以保证后续处理的准确性。
然后，通过点云配准和拼接，将多个扫描点云数据整合为一个完整的三维模型。
5. 数据分析与应用：在数据处理完成后，可以对所获得的点云数据进行进一步的分析和应用。
美国Surphaser三维激光扫描仪
测绘测量革命性产品美国Surphaser三维激测绘测量革命性产品-----美国Surphaser三维激光扫描仪00一、三维激光扫描技术简介1 三维激光扫描仪原理与应用1.1三维激光扫描仪原理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。
1.2三维坐标确定方法1.3 三维激光扫描仪应用量化实景对象、三维信息采集、逆向三维重构、逆向三维建模空间数据反求、对象逆程设计、预研仿研仿制、虚拟现实应用正向工程反证、逆向工程实施、概念设计仿真、逆向制图还原结构特性分析、试验工程仿真、后数据测计量、目标形变监测工程技效评估、电脑模拟实战、环境适应仿真、工程力学分析对抗模拟推演、企业无纸操作、虚拟设计制造、科目效果测试整合三维资源、创建三维流程、工装工艺规划、改进改造工程历史资源修复、任务方案优化、对象加载仿真、设施维护维修应用领域：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......2 点云数据处理与建模2.1 点云的预处理由于扫描过程中外界环境因素对扫描目标的阻挡和遮掩，如移动的车辆、行人树木的遮挡，及实体本身的反射特性不均匀，需要对点云经行过滤，剔除点云数据内含有的不稳定点和错误点。
实际操作中，需要选择合适的过滤算法来配合这一过程自动完成。
2.2 点云配准使用控制点配准，将点云配准到控制网坐标系下；靶标缺失的点云，利用公共区域寻找同名点对其进行两两配准，当同名点对不能找到时，利用人工配准法。
使用激光扫描仪进行三维测量的方法
使用激光扫描仪进行三维测量的方法激光扫描仪是一种先进的测量工具，通过使用激光束来获取物体表面的三维点云数据。
这种方法在建筑、工程、制造业等行业中广泛应用，因为它可以提供高精度和高效率的测量结果。
本文将介绍使用激光扫描仪进行三维测量的方法以及它的应用。
一、激光扫描仪的工作原理激光扫描仪通过发射一束激光束，然后接收反射回来的激光，根据激光的时间和强度信息来计算物体表面上每个点的坐标。
它通过不断改变激光的方向和位置，可以获取整个物体表面的三维点云数据。
二、激光扫描仪的使用步骤使用激光扫描仪进行三维测量需要经过几个步骤。
首先，需要设置扫描仪的参数，包括扫描的角度范围、扫描的分辨率等。
然后，将扫描仪放置在合适的位置，可以通过三角测量或者全站仪来定位。
接下来，启动扫描仪并开始扫描，通过控制扫描仪的角度和方向，可以获取不同角度下的点云数据。
最后，将点云数据导入到相应的软件中进行处理和分析。
三、激光扫描仪的应用领域激光扫描仪广泛应用于建筑、工程、制造业等领域。
在建筑行业中，激光扫描仪可以用于快速获取建筑物的三维模型，帮助建筑师和设计师进行设计和规划。
在工程领域，激光扫描仪可以用于监测结构变形和损伤，提供准确的测量数据。
在制造业中，激光扫描仪可以用于检测产品的尺寸和形状，保证产品的质量。
四、激光扫描仪的优势和挑战激光扫描仪相比传统的测量方法具有很多优势。
首先，它可以快速获取大量点云数据，提高测量的效率。
其次，它可以提供高精度的测量结果，能够满足复杂形状和高精度要求的测量任务。
此外，激光扫描仪可以无需接触物体表面即可进行测量，减少了测量过程对物体的干扰。
然而，激光扫描仪也存在一些挑战。
首先，激光扫描仪的价格相对较高，对于一些中小企业来说可能承担不起。
其次，激光扫描仪的使用需要一定的技术和专业知识，需要经过培训和熟练掌握才能进行准确测量。
此外，激光扫描仪在测量透明、反射性材料和遮挡物存在困难。
五、激光扫描仪的未来发展随着科技的不断发展，激光扫描仪在精度、速度和易用性方面都将得到进一步改善。
使用激光扫描技术进行三维测量的步骤
使用激光扫描技术进行三维测量的步骤在现代科技的发展下，激光扫描技术逐渐成为三维测量的重要工具。
通过激光扫描，我们可以快速、精确地获取物体的形状和尺寸信息，为设计、制造和其他领域提供了重要的支持。
本文将介绍使用激光扫描技术进行三维测量的步骤，以期帮助读者更好地了解该技术。
一、准备工作使用激光扫描技术进行三维测量需要准备一些必要的设备和环境。
首先，我们需要一台激光扫描仪，该仪器可以通过发射激光束并接收反射回来的光来测量物体的形状和信息。
同时，我们还需要一套三维重建软件，用于处理扫描获取的数据，并生成三维模型。
在准备设备方面，我们也需要注意环境的选择。
激光扫描仪对光线的要求较高，因此我们需要选择一个相对稳定、无明显震动的环境，以确保扫描结果的准确性。
同时，为了提高扫描质量，可以对物体的表面进行一些预处理，如清洁和添加标记点。
二、获取扫描数据在准备工作完成后，我们就可以开始获取扫描数据了。
首先，将激光扫描仪设置在适合的位置，确保能够完整地扫描到整个物体。
然后，通过仪器的操作界面选择相应的扫描模式和设置参数。
通常，我们可以选择点云模式或网格模式，前者适用于复杂形状的物体，后者适用于表面比较规则的物体。
在开始扫描之前，我们需要进行一些标定工作，以确保扫描数据的准确性。
这些标定工作包括相机标定、激光器标定和扫描仪的位置标定。
通过这些标定工作，可以消除系统误差，提高扫描的精度和稳定性。
三、数据处理与分析获取到扫描数据后，我们就可以进行数据处理和分析了。
首先，将扫描仪采集到的原始数据导入到三维重建软件中。
然后，进行数据的清洗、去噪和配准等处理，以去除噪声和对齐多个扫描视角的数据。
接下来，我们可以开始生成三维模型。
通过选择适合的算法和参数，可以根据点云数据生成平滑的曲面模型或实体模型。
在生成模型的过程中，还可以进行纹理映射和颜色重建，以提高模型的真实感和可视化效果。
四、结果应用与展示通过数据处理和分析，我们已经生成了三维模型，接下来可以将其应用到各种领域中。
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来自CSK的低成本3D scanner。
Very Impressive！在开始介绍原理前，先给出一些扫描得到的3D模型以及演示视频，给大家一个直观的认识。
视频链接相关的图片：扫描得到的房间一角(点击查看原始尺寸)扫描的我(点击查看原始尺寸)扫描仪实物本文结构1. 简单介绍了激光雷达产品的现状2. 激光三角测距原理3. 线状激光进行截面测距原理4. 3D激光扫描仪的制作考虑5. 参考文献简介-激光扫描仪/雷达这里所说的激光扫描测距仪的实质就是3D激光雷达。
如上面视频中展现的那样，扫描仪可以获取各转角情况下目标物体扫描截面到扫描仪的距离，由于这类数据在可视化后看起来像是由很多小点组成的云团，因此常被称之为：点云(Point Clould)。
在获得扫描的点云后，可以在计算机中重现扫描物体/场景的三维信息。
这类设备往往用于如下几个方面：1) 机器人定位导航目前机器人的SLAM算法中最理想的设备仍旧是激光雷达(虽然目前可以使用kinect，但他无法再室外使用且精度相对较低)。
机器人通过激光扫描得到的所处环境的2D/3D点云，从而可以进行诸如SLAM 等定位算法。
确定自身在环境当中的位置以及同时创建出所处环境的地图。
这也是我制作他的主要目的之一。
2) 零部件和物体的3D模型重建3) 地图测绘现状目前市面上单点的激光测距仪已经比较常见，并且价格也相对低廉。
但是它只能测量目标上特定点的距离。
当然，如果将这类测距仪安装在一个旋转平台上，旋转扫描一周，就变成了2D激光雷达（LIDAR）。
相比激光测距仪，市面上激光雷达产品的价格就要高许多：图片: Hokuyo 2D激光雷达上图为Hokuyo这家公司生产的2D激光雷达产品，这类产品的售价都是上万元的水平。
其昂贵的原因之一在于他们往往采用了高速的光学振镜进行大角度范围(180-270)的激光扫描，并且测距使用了计算发射/反射激光束相位差的手段进行。
当然他们的性能也是很强的，一般扫描的频率都在10Hz以上，精度也在几个毫米的级别。
2D激光雷达使用单束点状激光进行扫描，因此只能采集一个截面的距离信息。
如果要测量3D的数据，就需要使用如下2种方式进行扩充：1. 采用线状激光器2. 使用一个2D激光雷达扫描，同时在另一个轴进行旋转。
从而扫描出3D信息。
第一种方式是改变激光器的输出模式，由原先的一个点变成一条线型光。
扫描仪通过测量这束线型光在待测目标物体上的反射从而一次性获得一个扫描截面的数据。
这样做的好处是扫描速度可以很快，精度也比较高。
但缺点是由于激光变成了一条线段，其亮度(强度)将随着距离大幅衰减，因此测距范围很有限。
对于近距离(<10m)的测距扫描而言，这种方式还是很有效并且极具性价比的，本文介绍的激光雷达也使用这种方式，图：一字线红色激光器对于第二种方式，优点是可以很容易用2D激光雷达进行改造，相对第一种做法来说，他在相同的激光器输出功率下扫描距离更远。
当然，由于需要控制额外自由度的转轴，其误差可能较大，同时扫描速度也略低。
这类激光雷达产品目前在各类实验室、工业应用场景中出现的比较多，但对于个人爱好着或者家用设备中，他们的价格实在是太高了。
当然，目前也有了一个替代方案，那就是kinect，不过他的成像分辨率和测距精度相比激光雷达而言低了不少，同时无法在室外使用。
低成本的方案造成激光雷达设备高成本的因素为1. 使用测量激光相位差/传播时间差测距2. 高速振镜的高成本3. 矫正算法和矫正人工成本对于个人DIY而言，第三个因素可以排除，所谓知识就是力量这里就能体现了:-) 对于前2个因素，如果要实现完全一样的精度和性能，那恐怕成本是无法降低的。
但是，如果我们对精度、性能要求稍微降低，那么成本将可以大幅的下降。
首先要明确的是投入的物料成本与能达成的性能之间并非线型比例的关系，当对性能要求下降到一定水平后，成本将大幅下降。
对于第一个因素，可以使用本文将介绍的三角测距方式来进行。
而对于扫锚用振镜，则可以使用普通的电机机构驱动激光器来替代。
本文介绍的低成本3D激光扫描仪实现了如下的成本/性能：成本：~￥150测量范围：最远6m测量精度：（测量距离与实际距离的误差）最远6m出最大80mm误差，近距离(<1m)，误差水平在5mm以内扫描范围：180度扫描速度：30 samples/sec (比如以1度角度增量扫描180度，耗时6秒)对于精度而言，这个低成本方案足以超过kinect，不过扫描速度比较慢，但是对于一般业余用途而言已经足够。
不过，该扫描速度是很容易提升的，本文将在分析其制约因素后介绍提高扫描速度的方法。
原理和算法这里先介绍测量目标上一个点所涉及的算法。
3D扫描将采用类似的方式进行扩充。
使用单点激光进行三角测距除了使用相位差和时间差进行TOF测距外，另一种测距方式就是三角测距。
这也是实现低成本激光测距的关键，因为这种方式不需要具备其他测距方式所要求的特殊硬件。
并且，在一定距离范围内，三角测距也可以达到与TOF测距媲美的测量精度和分辨率。
图片(来源自[3]): 激光三角测距原理目前有不少爱好者[1][2]基于激光三角测距制作了激光雷达或者测距仪，本制作也采用了这个方式。
除了本文外，参考论文[3]也给出了较多的细节。
（该论文的作者所在的公司正是将低成本激光雷达用于家用机器人XV-11的开发商，这里就不扯开了:-)这里摘录了论文中的示意图，要进行激光三角测距，所需的设备很简单：点状激光器、摄像头。
因此，能做到多少的成本大家现在应该比较清楚了。
图中展现了测量对象Object距离激光器的距离d的示意图。
图中的Imager部分是对摄像头的一种抽象表达(针孔摄像机模型)。
标有s的线段实际可以是一个固定摄像头和激光器的平面。
摄像头成像平面与该固定平面平行，而激光器发出的射线与该平面夹角beta仅存在于图中的视图中。
要测量距离d，首先要求激光射线射到了Object上，他的反射光在摄像头的感光平面上成像。
对于不同远近的物体，当被测距激光照射后，摄像头上的成像光点的x值将变化。
这里涉及到如下几个参数Beta:激光器夹角s:激光器中心与摄像头中心点距离f:摄像头的焦距如果这些参数在测距设备安装后不再改变（固定）且数值已知，则物体距离激光器距离可由如下公式求得：q=fs/x (1)d=q/sin(beta) (2)其中，x是测量中唯一需要获得的变量。
它的含义是待测物体上激光光点在摄像头感光元件(如CMOS)上的成像到一侧边缘的距离。
该距离可以通过在摄像头画面中查找并计算激光点中心位置的像素坐标来求得。
对于示意图式(1)求出了目标物体与摄像头-激光器平面的垂直距离(实际上对于大尺度测距，该值可以近似认为是实际距离)。
这一步就是三角测距的所有内容了，非常简单。
不过，在实际操作中，上述公式仍旧需要扩充。
首先时对于变量x的求解，假设我们已经通过算法求出了画面中激光光点的像素坐标(px,py)，要求出公式中需要的x，首先需要将像素单位的坐标变换到实际的距离值。
为了计算方便，在安装时，可以令摄像头画面的一个坐标轴与上图线段s平行，这样做的好处是我们只需要通过光点像素坐标中的一个参量(px 或者py)来求出实际投影距离x。
这里假设我们只用到了px。
那么，变量x可以由如下公式计算:x=PixelSize*px+offset (3)式(3)由引入了两个参数，PixelSize以及offset。
其中PixelSize是摄像头感光部件上单个像素感光单元的尺寸，offset是通过像素点计算的投影距离和实际投影距离x的偏差量。
这个偏差量是由如下2个因素引入的：1. x变量的原点（示意图中与激光射线平息的虚线和成像平面焦点）的位置未必在成像感光阵列的第一列（或排）上（实际上在第一排的概率非常低）2. 通过摄像头主光轴的光线在画面中的像素坐标未必是画面中点。
对于PixelSize，可以通过摄像头感光元件手册来确定其数值。
对于offset，要在安装上消除offset或者直接测量，在业余条件下几乎是不可能的，因此，需要通过后面介绍的矫正步骤求出。
到这里，我们得出了通过激光点像素坐标(pX)来求出对应光点实际距离的公式：d=fs/(PixelSize*px+offset)/sin(beta) (4)接下来的问题就是如何确定这些参数了。
不过，实际操作中，还需要考虑性能指标问题：要达到某种精度要求，究竟需要怎样的摄像头，上述各类参数如何选择呢？决定单点激光测距性能的因素有公式(3)可知，参数px是一个离散量(虽然有算法可以求出连续的px,后文将介绍) 。
因此，得到的距离数值也将会发生一定的跳变。
该跳变的程度反映了测距的分辨率以及精度。
如果将式(1)改写为x=fs/q并按q进行求导，可以得出：dx/dq=-fs/(q^2)，或者写为：dq/dx=-q^2/fs (5)式(5)的含义是，变量x每发生一次跳变，通过我们三角测距公式求出的距离值q跳变大小与当前实际待测距离的关系。
可以看出，当待测距离边远后，从摄像机获得的像素点每移动一个单位距离，求出的距离值得跳变会大幅增大。
也就是说：三角测距的精度和分辨率均随着距离增加而变差。
因此，要决定我们希望实现的指标，只需要明确：希望测距的最大距离在最大距离下，分辨率(式(5))的数值在论文[3]中给出了他的选取规则，这里直接给出一个结论，具体过程就不重复了：假设对于激光光点定位能做到0.1个次像素单位，单位像素尺寸为6um。
并要求在6m处分辨率(dq/dx)<=30mm。
则要求：fs>=700在我们制作过程中，这个要求还是很容易做到的。
另外目前的CMOS摄像头往往具有更小的单位像素尺寸（在同样大小的芯片上做出了更高的分辨率），因此实际fs的取值下限可以更低。
而对于摄像头分辨率、激光器夹角beta，则决定了测距的范围（最近/最远距离）。
这里也同样不再重复了，可以参考[3]。
对于使用pX进行测距的摄像头，其分辨率480×640即可做出比较好的效果，更高的分辨率更好（当然后文会提到缺点）。
beta一般在83deg左右。
2D激光雷达的原理和性能制约因素在实现了单点激光测距后，进行2D激光扫描就非常容易：进行旋转。
这里讨论的他的性能问题：扫描速度。
对于采用三角测距的方式，从摄像头画面上识别出激光点到计算出实际距离对于目前的桌面计算机而言，几乎可以认为不需要时间。
那么，制约扫描速度的因素就在于摄像头的祯率了。
对于目前市面常见的usb摄像头，其工作在640×480分辨率的模式下最高帧率都在30fps，那么，扫描速度就是30samples/sec。
换言之就是每秒钟进行30次的测距计算。
对于一个180度范围的激光雷达，如果按照每1度进行一次测距计算，最短需要6秒。