三维激光扫描技术及其应用

原理 —— 结构光
原理
物体点的三维坐标 (X,Y,Z) ，是经过像点（X’,Y’）与相机光心的直线与光 平面的交点。
地面三维激光测量技术
定位原理
地面三维激光测量技术
测距原理
脉冲式测距
相位式测距
地面三维激光测量技术
按测距类型分类
脉 冲 式 扫 描 仪
相 位 式 扫 描 仪
三维激光扫描仪原理
2000 点/秒
500000 点/秒
50000 点/秒
50000 点/秒
100 点/秒
1000 点/秒
4000 点/秒
500000 点/秒
1000000 点/秒
1998
2001
2003
2006
2007
2010
地面三维激光测量技术
Trimble扫描仪
Mensi最早研发和应用机构之一 CCD、激光、机械传感技术高质量整合
地面三维激光测量技术
地面三维激光测量技术
地面三维激光测量技术
按扫描方式分类 多面扫描棱镜的转动 决定激光束出射方向
摆设扫描镜
旋转正多面体扫描镜
旋转椭圆柱扫描镜
地面三维激光测量技术
点云信息：表达目标空间分布和表面光谱特性的海量点集合
可量测性 光谱性 不规则性 高密度性 表面性
点云的三维渲染图
地面三维激光测量技术
RIEGL扫描仪-2D产品
机载激光扫描仪
RIEGL VQ-480
RIEGL VQ-180
RIEGL VQ-250
Scan Range: Laser Clock: Max. Range:
60 deg 200 kHz 600 m (60%)
100 deg 200 kHz 200 m (20%)
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；对获取的数据进行处理、计算、分析；进而利用处理后的数据从事 后续工作的综合技术。
简介——三维激光扫描技术的特点
快速、高密度扫描
常规测量：每次测量1个点，每次测量耗时2-5秒； 三维激光扫描仪：每秒可测量数万到数百万个点，使快速获取复杂 物体表面成为可能。
三维激光扫描技术及其应用
2018年3月
内容概要
1 地面三维激光扫描技术 2 车载移动测量系统 3 工程应用
内容概要
1 地面三维激光扫描技术 2 车载移动测量系统 3 工程应用
简介——三维激光扫描技术的概念
三维激光扫描仪
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
三维激光扫描仪原理-结构光
结构光就是把一个具有一定样式的光（面状、网状、或者其它复
杂的形式）按照已知的角度照射到一个物体上。这种技术对于图像采 集并获取空间信息是十分有用的。
采用结构光的三维扫描系统最大的优点是一次采集一个面，比
如OKIO系列的三维扫描系统一次可以采集100*75,200*150,400*300 大小的面，根据客户的需要可以定做更大的，800*600的在考古领域 应用非常广泛，高在10米左右的佛像四川乐山大佛就是用此型号的三 维扫描系统采集过来的，数据质量很好，一周的时间就完成了，如果 采用激光三维扫描系统可能要用到3-5个月的时间。
采用扫描仪逐面测量法
地面三维激光测量技术
与传统测量方式比较
地面三维激光测量技术
技术优势 使用简单，快速扫描，安全操作，应用范围广泛 数据非常详细，高质量图像并可观察图片的数据特征 附加的一些测量信息，如激光强度、色彩等，这是传统测量不可能做到的 精确高速的数据捕获、减少数据采集和分析的回转次数 对扫描区域进行的长程、高速扫描，可使效率最大化 一次扫描后可以在点云模型上进行反复的“模型测绘”
360 deg 200 kHz 300 m (80%)
地面三维激光测量技术
RIEGL扫描仪-VZ 400扫描仪
打开多回波功能
关闭多回波功能
V-系列：世界上唯一能够发射和 接受到无穷次回波具有数字化全 波形采集和实时处理功能的二维 和三维激光扫描仪系列。
地面三维激光测量技术
与传统测量方式比较
采用全站仪逐点测量法 你能看出这座桥吗？
Mensi - Trimble
专业名称
快速 非接触主动测量 高精度、高密度 融合激光反射强度和 色彩信息 可量测
地面三维激光测量技术
主流设备
地面三维激光测量技术
Leica扫描仪
全球范围内将三维激光扫描技术应用于改建工程、细部测量、工程设计与咨询以及
地形测量项目的领导者
硬件高度集成化 速度快
继GPS空间定位技术后的又一项测绘技术革新
地面三维激光测量技术
系统组成
地面三维激光测量技术
工作原理
发射器
扫
描
物
软件后处理
信号处理
接收器
体
原理 ——飞行时间
原理
根据光脉冲在被摄场景中的传播和反射时间，来获取场景中各点的距 离信息。
其中C 为光速。
飞行时间——脉冲测距
原理
通过记录调制的激光信号在待测距离上往返传播所花费的时间，可由 飞行时间法直接求得待测距离。
地面三维激光测量技术
点云信息
地面三维激光测量技术
点云文件
地面三维激光测量技术
图像表示
灰度图像：像素值表示该点感光的强度或灰度； 距离图像：像素值表示扫描点的距离信息；
多学科融合
三维激光扫描技术涉及现代电子、光学、机械、控制工程、图像处 理、计算机视觉、计算机图形学、软件工程等技术，是多种先进技术 的集成。
简介——三维激光扫描仪分类
三维激光扫描技术发展概况
逆向工程
三维激光扫描技术发展概况
医学
三维激光扫描技术发展概况
影视动漫
地面激光扫描的发展
Cyrax - Leica
Mensi S25
Mensi GS100 Trimble GS200
Trimble GX200
Trimble FX
地面三维激光测量技术
RIEGL扫描仪-3D产品
VZ系列
Vz400 600米 VZ 1000 1400 米
LMS系列 Lms 620 2KM LMS 390 400m
LPM 321 6公里射程
Βιβλιοθήκη Baidu
不同测距原理技术对比
原理 参数
脉冲法
飞行时间 相位差法
结构光
激光发射装置 固体激光器（红宝石、YAG） 连续光源激发器（He-Ne） 连续光源激发器（He-Ne）
测量距离
远
近
非常近
测量精度
低
高
非常高
扫描速度
慢
快
慢
结构光就是把一个具有一定样式的光（面状、网状、或者其它复
杂的形式）按照已知的角度照射到一个物体上。