光学三维测量技术与应用
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
航空三维激光扫描系统一般由四个子系统组成 ：激光雷达发射接收系统，定位系统，数据获取、控制、 显示系统，基于地面的数据处理系统。
梁飞飞
15
3.三维激光扫描技术的应用
光学三维形状测量技术的应用范围很广，从传统的 制造业到新兴的三维动画产业和虚拟现实领域等。
梁飞飞
16
3.1服装制作
三维扫描仪可以快速地测得人体的外形尺寸，获得其立体彩色模型， 把这些数据与服装 CAD 技术结合，可以在计算机中的数字化人体模 型上，按每个人的具体尺寸进行服装设计，设计出最合适的服装，并 可以直接在计算机上观看最终的着装效果。
17
3.2航天飞机外形检测
为航天器发射安全，美国特别制 定防止发射时热防护系统被破坏的 研究计划。发现者号携带一种新的 外部检测系统，该系统能检测出宇 航飞机外壳热防护面小于毫米尺寸 的破坏点。这种外部检测系统是由 加拿大 Neptec 公司研制的三维激 光扫描仪，它采用 1500nm 的激光 ，不受光照条件变化的影响，工作 不受昼夜限制。
梁飞飞
10
光学三角测量法 ：光学三角法是最常用的一种光 学三维测量技术，以传统的三角测量为基础，通 过待测点相对于光学基准线偏移产生的角度变化 计算该点的深度信息。
梁飞飞
11
2.航空三维激光扫描
三维激光扫描系统按照扫描平台的不同分为 ：航 空激光扫描系统、地面型激光扫描系统、便携式 激光扫描系统。 航空激光扫描系统一般采用激光测距原理，辅以 扫描系统获取所需的三维信息，系统主要由激光 测距系统、光电扫描仪及控制处理系统等组成。
梁飞飞
5
6
1.2非接触测量法 非接触式三维测量不需要与待测物体接触，可 以远距离非破坏性地对待测物体进行测量，图1出 非接触式三维测量技术中常用的三种电磁波谱和 主要的测量技术。
梁飞飞
7
1.2.1常用的非接触式三维测量波谱
8
1.2.2常用的光学三维测量基本原理
常用的光学三维测量基本原理有 3 种 ：飞 行时间法、干涉法和三角法 ( 见图 1)。
光学三维测量技术 与应用
目录
第一章 三维测量技术概述 第二章 航空三维激光扫描 第三章 三维激光扫描技术的应用
梁飞飞 1388261149
9
梁飞飞
梁飞飞
2
前言
光学三维测量技术是集光、机、电和计算机技术于 一体的智能化、可视化的高新技术，主要用于对物体 空间外形和结构进行扫描，以得到物体的三维轮廓， 获得物体表面点的三维空间坐标。随着经济的发展和 科技的进步，光学三维测量技术由于非接触、快速测 量、精度高的优点在机械、汽车、航空航天等制造工 业及服装、玩具、制鞋等民用工业得到广泛的应用， 其中三维激光扫描技术发展的最为成熟，应用也最为 广泛。
18
3.3地形地貌测量
航空三维激光 扫描技术可以 用于地面的航 空遥感定位和 影像获取，还 可实时得到地 表大范围内目 标点的三维坐 标，同时，它 也是目前唯一 能测定森林覆 盖地区地面高 程的可行技术 。
19
小结
光学三维测量技术的主要特点是实时性、主 动性、适应性好。光学三维测量数据经过简单的 处理就可以直接使用，无需复杂的数据后处理， 由于无需和被测物体接触，可以在很多复杂环境 下应用；三维激光扫描技术和 GPS 等技术结合起 来形成的航空三维激光扫描技术，可以直接获取 真实地表的高精度三维信息，具有传统摄影测量 方法无法取代的优越性，在诸多领域得到更深入 和更广泛的应用。目前我国在这方面的技术wenku.baidu.com较 薄弱，国外成熟产品只能用于民用因此，我们应 当借鉴国外的经验，研究开发自己的适用系统， 给国家的经济建设和国防建设提供技术手段。
飞行时间法 ：飞行时间法是基于三维面形对 结构光束产生的时间调制， 一 般采用激光，通过 测量光波的飞行时间来获得距离信息，结合附加 的扫描装置使光脉冲扫描整个待测对象就可以得 到三维数据。
以对信号检测的时间分辨率来换取距离测量 精度，常用于大尺度远距离的测量。
梁飞飞
9
干涉法 ：干涉测量是将一束相干光通过分光系统 分成测量光和参考光，利用测量光波与参考光波 的相干叠加来确定两束光之间的相位差，从而获 得物体表面的深度信息。 特点：测量精度高但测量范围受到光波波长的限 制，只能测量微观表面的形貌和微小位移，不适 于大尺度物体的检测。
梁飞飞
3
三维测量技术概述
三维测量技术是获取物体表面各点空间坐标 的技术，主要包括接触式和非接触式测量两大类 。
三维扫描测量仪
梁飞飞
4
1.1接触式测量
物体三维接触式测量的典型代表是三坐标测 量机 (CMM，Coordinate Measuring Machine)。 它以精密机械为基础，综合应用电子、计算机、 光学和数控等先进技术，能对三维复杂工件的尺 寸、形状和相对位置进行高精度的测量。缺点是 测量速度慢，对环境要求较高。
梁飞飞
20
梁飞飞
13
2.2航空三维激光扫描
14
航空三维激光扫描与摄影测量技术是将三维激光扫描 仪和航空摄像机装载在飞机上，利用激光测距原理和航空 摄影测量原理，快速获取大面积地球表面三维数据的技术 。通过基于全球定位系统(GPS) 和惯性测量装置 (IMU) 的机载定位定向系统(POS) 联接，构成当今世界上摄影测 量与遥感领域最先进的 LIDAR (Lisht Detection and Ranger) 对地观测系统。
梁飞飞
12
2.1激光测距原理
目前最常用的激光测距法有脉冲法和相位法。 脉冲式激光测距原理：z=cΔt/2 ，其中C为光速， Δt为间隔时间。 相位激光测距原理：从测距仪发出的光波经反射器 反射再返回测距仪，然后由测距仪的测相系统对光 波往返一次的相位变化进行测量，经过计算后可以 得到距离信息。这种测距仪都配置被称为合作目标 的反射镜， 一般应用于精密测距中。
梁飞飞
15
3.三维激光扫描技术的应用
光学三维形状测量技术的应用范围很广，从传统的 制造业到新兴的三维动画产业和虚拟现实领域等。
梁飞飞
16
3.1服装制作
三维扫描仪可以快速地测得人体的外形尺寸，获得其立体彩色模型， 把这些数据与服装 CAD 技术结合，可以在计算机中的数字化人体模 型上，按每个人的具体尺寸进行服装设计，设计出最合适的服装，并 可以直接在计算机上观看最终的着装效果。
17
3.2航天飞机外形检测
为航天器发射安全，美国特别制 定防止发射时热防护系统被破坏的 研究计划。发现者号携带一种新的 外部检测系统，该系统能检测出宇 航飞机外壳热防护面小于毫米尺寸 的破坏点。这种外部检测系统是由 加拿大 Neptec 公司研制的三维激 光扫描仪，它采用 1500nm 的激光 ，不受光照条件变化的影响，工作 不受昼夜限制。
梁飞飞
10
光学三角测量法 ：光学三角法是最常用的一种光 学三维测量技术，以传统的三角测量为基础，通 过待测点相对于光学基准线偏移产生的角度变化 计算该点的深度信息。
梁飞飞
11
2.航空三维激光扫描
三维激光扫描系统按照扫描平台的不同分为 ：航 空激光扫描系统、地面型激光扫描系统、便携式 激光扫描系统。 航空激光扫描系统一般采用激光测距原理，辅以 扫描系统获取所需的三维信息，系统主要由激光 测距系统、光电扫描仪及控制处理系统等组成。
梁飞飞
5
6
1.2非接触测量法 非接触式三维测量不需要与待测物体接触，可 以远距离非破坏性地对待测物体进行测量，图1出 非接触式三维测量技术中常用的三种电磁波谱和 主要的测量技术。
梁飞飞
7
1.2.1常用的非接触式三维测量波谱
8
1.2.2常用的光学三维测量基本原理
常用的光学三维测量基本原理有 3 种 ：飞 行时间法、干涉法和三角法 ( 见图 1)。
光学三维测量技术 与应用
目录
第一章 三维测量技术概述 第二章 航空三维激光扫描 第三章 三维激光扫描技术的应用
梁飞飞 1388261149
9
梁飞飞
梁飞飞
2
前言
光学三维测量技术是集光、机、电和计算机技术于 一体的智能化、可视化的高新技术，主要用于对物体 空间外形和结构进行扫描，以得到物体的三维轮廓， 获得物体表面点的三维空间坐标。随着经济的发展和 科技的进步，光学三维测量技术由于非接触、快速测 量、精度高的优点在机械、汽车、航空航天等制造工 业及服装、玩具、制鞋等民用工业得到广泛的应用， 其中三维激光扫描技术发展的最为成熟，应用也最为 广泛。
18
3.3地形地貌测量
航空三维激光 扫描技术可以 用于地面的航 空遥感定位和 影像获取，还 可实时得到地 表大范围内目 标点的三维坐 标，同时，它 也是目前唯一 能测定森林覆 盖地区地面高 程的可行技术 。
19
小结
光学三维测量技术的主要特点是实时性、主 动性、适应性好。光学三维测量数据经过简单的 处理就可以直接使用，无需复杂的数据后处理， 由于无需和被测物体接触，可以在很多复杂环境 下应用；三维激光扫描技术和 GPS 等技术结合起 来形成的航空三维激光扫描技术，可以直接获取 真实地表的高精度三维信息，具有传统摄影测量 方法无法取代的优越性，在诸多领域得到更深入 和更广泛的应用。目前我国在这方面的技术wenku.baidu.com较 薄弱，国外成熟产品只能用于民用因此，我们应 当借鉴国外的经验，研究开发自己的适用系统， 给国家的经济建设和国防建设提供技术手段。
飞行时间法 ：飞行时间法是基于三维面形对 结构光束产生的时间调制， 一 般采用激光，通过 测量光波的飞行时间来获得距离信息，结合附加 的扫描装置使光脉冲扫描整个待测对象就可以得 到三维数据。
以对信号检测的时间分辨率来换取距离测量 精度，常用于大尺度远距离的测量。
梁飞飞
9
干涉法 ：干涉测量是将一束相干光通过分光系统 分成测量光和参考光，利用测量光波与参考光波 的相干叠加来确定两束光之间的相位差，从而获 得物体表面的深度信息。 特点：测量精度高但测量范围受到光波波长的限 制，只能测量微观表面的形貌和微小位移，不适 于大尺度物体的检测。
梁飞飞
3
三维测量技术概述
三维测量技术是获取物体表面各点空间坐标 的技术，主要包括接触式和非接触式测量两大类 。
三维扫描测量仪
梁飞飞
4
1.1接触式测量
物体三维接触式测量的典型代表是三坐标测 量机 (CMM，Coordinate Measuring Machine)。 它以精密机械为基础，综合应用电子、计算机、 光学和数控等先进技术，能对三维复杂工件的尺 寸、形状和相对位置进行高精度的测量。缺点是 测量速度慢，对环境要求较高。
梁飞飞
20
梁飞飞
13
2.2航空三维激光扫描
14
航空三维激光扫描与摄影测量技术是将三维激光扫描 仪和航空摄像机装载在飞机上，利用激光测距原理和航空 摄影测量原理，快速获取大面积地球表面三维数据的技术 。通过基于全球定位系统(GPS) 和惯性测量装置 (IMU) 的机载定位定向系统(POS) 联接，构成当今世界上摄影测 量与遥感领域最先进的 LIDAR (Lisht Detection and Ranger) 对地观测系统。
梁飞飞
12
2.1激光测距原理
目前最常用的激光测距法有脉冲法和相位法。 脉冲式激光测距原理：z=cΔt/2 ，其中C为光速， Δt为间隔时间。 相位激光测距原理：从测距仪发出的光波经反射器 反射再返回测距仪，然后由测距仪的测相系统对光 波往返一次的相位变化进行测量，经过计算后可以 得到距离信息。这种测距仪都配置被称为合作目标 的反射镜， 一般应用于精密测距中。