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三維機(jī)關(guān)掃描儀
[ 2013/7/20 16:38:40 ] [轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明來(lái)源:就是要儀器網(wǎng)]

定義

三維激光掃描技術(shù)又被稱為實(shí)景復(fù)制技術(shù),是測(cè)繪領(lǐng)域繼GPS技術(shù)之后的一次技術(shù)革命。它突破了傳統(tǒng)的單點(diǎn)測(cè)量方法,具有高效率、高精度的獨(dú)特優(yōu)勢(shì).三維激光掃描技術(shù)能夠提供掃描物體表面的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù),因此可以用于獲取高精度高分辨率的數(shù)字地形模型。http://www.bedgirls.com/proclass/proc215/prolist_1275_1.html

三維激光掃描技術(shù)是上世紀(jì)九十年代中期開始出現(xiàn)的一項(xiàng)高新技術(shù),是繼GPS空間定位系統(tǒng)之后又一項(xiàng)測(cè)繪技術(shù)新突破。它通過(guò)高速激光掃描測(cè)量的方法,大面積高分辨率地快速獲取被測(cè)對(duì)象表面的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)??梢钥焖佟⒋罅康牟杉臻g點(diǎn)位信息,為快速建立物體的三維影像模型提供了一種全新的技術(shù)手段。由于其具有快速性,不接觸性,穿透性,實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)、主動(dòng)性,高密度、高精度,數(shù)字化、自動(dòng)化等特性,其應(yīng)用推廣很有可能會(huì)像GPS一樣引起測(cè)量技術(shù)的又一次革命。

三維激光掃描技術(shù)是近年來(lái)出現(xiàn)的新技術(shù),在國(guó)內(nèi)越來(lái)越引起研究領(lǐng)域的關(guān)注。它是利用激光測(cè)距的原理,通過(guò)記錄被測(cè)物體表面大量的密集的點(diǎn)的三維坐標(biāo)、反射率和紋理等信息,可快速?gòu)?fù)建出被測(cè)目標(biāo)的三維模型及線、面、體等各種圖件數(shù)據(jù)。由于三維激光掃描系統(tǒng)可以密集地大量獲取目標(biāo)對(duì)象的數(shù)據(jù)點(diǎn),因此相對(duì)于傳統(tǒng)的單點(diǎn)測(cè)量,三維激光掃描技術(shù)也被稱為從單點(diǎn)測(cè)量進(jìn)化到面測(cè)量的革命性技術(shù)突破。該技術(shù)在文物古跡保護(hù)、建筑、規(guī)劃、土木工程、工廠改造、室內(nèi)設(shè)計(jì)、建筑監(jiān)測(cè)、交通事故處理、法律證據(jù)收集、災(zāi)害評(píng)估、船舶設(shè)計(jì)、數(shù)字城市、軍事分析等領(lǐng)域也有了很多的嘗試、應(yīng)用和探索。三維激光掃描系統(tǒng)包含數(shù)據(jù)采集的硬件部分和數(shù)據(jù)處理的軟件部分。按照載體的不同,三維激光掃描系統(tǒng)又可分為機(jī)載、車載、地面和手持型幾類。

分類

按測(cè)量方式

可分為于脈沖式;基于相位差;基于三角測(cè)距原理。

按用途

可分為為室內(nèi)型和室外型。也就是長(zhǎng)距離和短距離的不同。一般基于相位差原理的三維激光掃描儀測(cè)程較短,只有百米左右。而基于脈沖式原理的三維激光掃描儀測(cè)程較長(zhǎng),測(cè)程最遠(yuǎn)的可達(dá)6公里。

按生產(chǎn)廠家不同:Z+F(德國(guó))Surphaser美國(guó)),I-site (澳大利亞maptek),Riegl奧地利),徠卡(瑞士),天寶(美國(guó)),Optech(加拿大),拓普康(日本),Faro等產(chǎn)家。

特點(diǎn)

三維測(cè)量

傳統(tǒng)測(cè)量概念里,所測(cè)的的數(shù)據(jù)最終輸出的都是二維結(jié)果(如CAD出圖),在測(cè)量?jī)x器里全站儀,GPS比重居多,但測(cè)量的數(shù)據(jù)都是二維形式的, 在逐步數(shù)字化的今天,三維已經(jīng)逐漸的代替二維,因?yàn)槠渲庇^是二維無(wú)法表示的,三維激光掃描儀每次測(cè)量的數(shù)據(jù)不僅僅包含X,Y,Z點(diǎn)的信息,還包括R,G,B顏色信息,同時(shí)還有物體反色率的信息,這樣全面的信息能給人一種物體在電腦里真實(shí)再現(xiàn)的感覺(jué),是一般測(cè)量手段無(wú)法做到的。

快速掃描

快速掃描是掃描儀誕生產(chǎn)生的概念,在常規(guī)測(cè)量手段里,每一點(diǎn)的測(cè)量費(fèi)時(shí)都在2-5秒不等,更甚者,要花幾分鐘的時(shí)間對(duì)一點(diǎn)的坐標(biāo)進(jìn)行測(cè)量,在數(shù)字化的今天,這樣的測(cè)量速度已經(jīng)不能滿足測(cè)量的需求,三維激光掃描儀的誕生改變了這一現(xiàn)狀,最初每秒1000點(diǎn)的測(cè)量速度已經(jīng)讓測(cè)量界大為驚嘆,而現(xiàn)在脈沖掃描儀(scanstation2)最大速度已經(jīng)達(dá)到50000點(diǎn)每秒,相位式掃描儀Surphaser三維激光掃描儀最高速度已經(jīng)達(dá)到120萬(wàn)點(diǎn)每秒,這是三維激光掃描儀對(duì)物體詳細(xì)描述的基本保證,古文體,工廠管道,隧道,地形等復(fù)雜的領(lǐng)域無(wú)法測(cè)量已經(jīng)成為過(guò)去式。

無(wú)臂式手持 3D 掃描系統(tǒng)和雙攝像頭傳感器形成了一個(gè)獨(dú)特的組合,確保在實(shí)驗(yàn)室和工作場(chǎng)所能生成最精確的測(cè)量值。 這一完備且功能強(qiáng)大的檢測(cè)方案提高了測(cè)量過(guò)程的可靠性、速度和多功能性。 在鉸接臂方面與其他 3D 掃描儀相比較,光學(xué) 3D 掃描系統(tǒng)可以完全自由移動(dòng),顯著提高了工作效率和質(zhì)量!

技術(shù)原理

應(yīng)用掃瞄技術(shù)來(lái)測(cè)量工件的尺寸及形狀等原理來(lái)工作。主要應(yīng)用于逆向工程,負(fù)責(zé)曲面抄數(shù),工件三維測(cè)量,針對(duì)現(xiàn)有三維實(shí)物(樣品或模型)在沒(méi)有技術(shù)文檔的情況下,可快速測(cè)得物體的輪廓集合數(shù)據(jù),并加以建構(gòu),編輯,修改生成通用輸出格式的曲面數(shù)字化模型。

應(yīng)用領(lǐng)域

作為新的高科技產(chǎn)品,三維激光掃描儀已經(jīng)成功的在文物保護(hù)、城市建筑測(cè)量、地形測(cè)繪、采礦業(yè)、變形監(jiān)測(cè)、工廠、大型結(jié)構(gòu)、管道設(shè)計(jì)、飛機(jī)船舶制造、公路鐵路建設(shè)、隧道工程、橋梁改建等領(lǐng)域里應(yīng)用。三維激光掃描儀,其掃描結(jié)果直接顯示為點(diǎn)云(pointcloud 意思為無(wú)數(shù)的點(diǎn)以測(cè)量的規(guī)則在計(jì)算機(jī)里呈現(xiàn)物體的結(jié)果),利用三維激光掃描技術(shù)獲取的空間點(diǎn)云數(shù)據(jù),可快速建立結(jié)構(gòu)復(fù)雜、不規(guī)則的場(chǎng)景的三維可視化模型,既省時(shí)又省力,這種能力是現(xiàn)行的三維建模軟件所不可比擬的 。

三維激光掃描技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域:

最近幾年,三維激光掃描技術(shù)不斷發(fā)展并日漸成熟,三維掃描設(shè)備也逐漸商業(yè)化,三維激光掃描儀的巨大優(yōu)勢(shì)就在于可以快速掃描被測(cè)物體,不需反射棱鏡即可直接獲得高精度的掃描點(diǎn)云數(shù)據(jù)。這樣一來(lái)可以高效地對(duì)真實(shí)世界進(jìn)行三維建模和虛擬重現(xiàn)。因此,其已經(jīng)成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)之一,并在文物數(shù)字化保護(hù)、土木工程、工業(yè)測(cè)量、自然災(zāi)害調(diào)查、數(shù)字城市地形可視化、城鄉(xiāng)規(guī)劃等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。

1)測(cè)繪工程領(lǐng)域大壩和電站基礎(chǔ)地形測(cè)量、公路測(cè)繪,鐵路測(cè)繪,河道測(cè)繪,橋梁、建筑物地基等測(cè)繪、隧道的檢測(cè)及變形監(jiān)測(cè)、大壩的變形監(jiān)測(cè)、隧道地下工程結(jié)構(gòu)、測(cè)量礦山及體積計(jì)算。

2)結(jié)構(gòu)測(cè)量方面:橋梁改擴(kuò)建工程、橋梁結(jié)構(gòu)測(cè)量、結(jié)構(gòu)檢測(cè)、監(jiān)測(cè)、幾何尺寸測(cè)量、空間位置沖突測(cè)量、空間面積、體積測(cè)量、三維高保真建模、海上平臺(tái)、測(cè)量造船廠、電廠、化工廠等大型工業(yè)企業(yè)內(nèi)部設(shè)備的測(cè)量;管道、線路測(cè)量、各類機(jī)械制造安裝。

3)建筑、古跡測(cè)量方面:建筑物內(nèi)部及外觀的測(cè)量保真、古跡(古建筑、雕像等)的保護(hù)測(cè)量、文物修復(fù),古建筑測(cè)量、資料保存等古跡保護(hù),遺址測(cè)繪,贗品成像,現(xiàn)場(chǎng)虛擬模型,現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)性影像記錄。

4)緊急服務(wù)業(yè):反恐怖主義,陸地偵察和攻擊測(cè)繪,監(jiān)視,移動(dòng)偵察,災(zāi)害估計(jì),交通事故正射圖,犯罪現(xiàn)場(chǎng)正射圖,森林火災(zāi)監(jiān)控,滑坡泥石流預(yù)警,災(zāi)害預(yù)警和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè),核泄露監(jiān)測(cè)。

5)娛樂(lè)業(yè):用于電影產(chǎn)品的設(shè)計(jì),為電影演員和場(chǎng)景進(jìn)行的設(shè)計(jì),3D游戲的開發(fā),虛擬博物館,虛擬旅游指導(dǎo),人工成像,場(chǎng)景虛擬,現(xiàn)場(chǎng)虛擬。

6)采礦業(yè):在露天礦及金屬礦井下作業(yè),以及一些危險(xiǎn)區(qū)域人員不方便到達(dá)的區(qū)域。例如:塌陷區(qū)域、溶洞、懸崖邊等進(jìn)行三維掃描。

發(fā)展方向

近些年來(lái),三維激光掃描儀已經(jīng)從固定朝移動(dòng)方向發(fā)展,最具代表性的就是車載三維激光掃描儀和機(jī)載三維激光雷達(dá)。

車載三維激光掃描儀

車載三維激光掃描儀的系統(tǒng)傳感器部分集成在一個(gè)可穩(wěn)固連接在普通車頂行李架或定制部件的過(guò)渡板上。支架可以分別調(diào)整激光傳感器頭、數(shù)碼相機(jī)、IMU與 GPS天線的姿態(tài)或位置。高強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)足以保證傳感器頭與導(dǎo)航設(shè)備間的相對(duì)姿態(tài)和位置關(guān)系穩(wěn)定不變。

道路和高速公路方面的應(yīng)用 :

1.公路測(cè)量,維護(hù)和勘察

2.公路資產(chǎn)清查(交通標(biāo)志,隔音障,護(hù)欄,下水道口,排水溝等)

3.公路檢測(cè)(車轍,道路表面,道路變形)

4.公路幾何模型(橫向和縱向的剖面分析)

5.結(jié)構(gòu)分析(立交橋)

6.淹水評(píng)估分析

7.在 GIS系統(tǒng)中的疊加分析

8.滑坡分析,危害評(píng)估(滑坡變形測(cè)量與危害分析,滑石和流水分析)

9.交通流量分析,安全評(píng)估和環(huán)境污染評(píng)估

10.土石方量分析

11.駕駛視野和安全分析

機(jī)載激光三維雷達(dá)系統(tǒng)

機(jī)載激光三維雷達(dá)系統(tǒng)(Light Detection And Ranging,簡(jiǎn)稱LiDAR)是一種集激光掃描儀(Scanner)、全球定位系統(tǒng)(GPS)和慣性導(dǎo)航系統(tǒng)(INS)以及高分辨率數(shù)碼相機(jī)等技術(shù)于一身的光機(jī)電一體化集成系統(tǒng),用于獲得激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)并生成精確的數(shù)字高程模型(DEM)、DSM(數(shù)字表面模型),同時(shí)獲取物體DOM(數(shù)字正射影像)信息,通過(guò)對(duì)激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)的處理,DSMDOM可得到真實(shí)的三維場(chǎng)景圖。

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