工程专业新技术专题报告(三维激光扫描仪测量方法与前景展望).pdfVIP

工程专业新技术专题报告

学校：

姓名：

学号：

专业：

指导教师：

2021年**月**日

第1页共6页

三维激光扫描仪测量方法与前景展望

首先详细论述了三维激光扫描仪测距、测角、扫描及定向的若干

方法，然后通过三维激光扫描仪发展现状的介绍，及各项技术参数图

表式对比、分析，得出了三维激光扫描仪测程、精度及扫描速率之间

的关系。针对三维激光扫描仪的局限性，提出其会向精密定位、多功

能集成、完全国产化、软件公用化等方向发展的趋势。

三维激光扫描仪；定向原理；坐标系转换；技术参数；发展趋势

随着信息科学技术的不断发展，三维模拟、实物虚拟现实等理论

的相继提出，人们对事物的认重构、识已从平面二维空间，逐渐转向

空间三维立体思维模式。三维激光扫描仪的出现解决了这一实际问题，

通过三维激光扫描技术，“实景复制技术”以其非又称，扫描速度快、

获取信息量大、精度高、实时性强、接触、全自动化、复杂环境测量

等优点，克服传统测量仪器的局限性，成为直接获取目标高精度三维

数据，并实现三维可视化的重要手段。它极大地降低了测量成本，节

约时间，使用方便，而且应用范围广，在工程测量、变形监测、文物

保护、森林和农业，医学研究，战场仿真等领域都有很大的发展空间。

一、三维激光扫描仪测量原理

三维激光扫描仪基于激光的单色性、方向性、相干性和高亮度等

特性，在注重测量速度和操作简便的同时，保证了测量的综合精度，

其测量原理主要分为测距、测角、扫描、定向四个方面。

测距原理

激光测距作为激光扫描技术的关键组成部分，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。目前，测距方法主要有：

三角法、脉冲法，相位法。

1、三角测距法

第2页共6页

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。激光发射点和CCD接收点位于长度为的高精度基线两端，并

与目标反射点构成一个空间平面三角形。如图1所示：在图1中，

通过激光扫描仪角度传感器可得到发射、入射光线与基线的夹角分别

为γ、激光扫描仪λ，的轴向自旋转角度α，然后以激光发射点为坐标

原点，基线方向为X轴正向，以平面内指向目标且垂直于X轴的方

向线为Y轴建立测站坐标系。通过计算x=cosγsinλLsin（γ+λ）

y=sinγsinλcosaLsin（γ+λ）z=inγsinλsinaLsin（γ+λ）（1）

结合P的三维坐标便可得被测目标的距离S，在公式）由于基线长L

较小，（1中，故决定了三角法测量距离较短，适合于近距测量。

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。如图2所示，激光发射器向目标发射一束

脉冲信号，经目标漫光速为c，测反射后到达接收系统，设测量距离

为S，得激光信号往返传播的时间差为△t，则有：S=1c△t2（2）

从式）。（2）中可以看出，影响距离精度的因素主要有c和△t，而

的精度主要由大气折射率所决定，目前n的精度很高，对测距影响

很小；的确定可通过前△t在得到θb的基础上，可得扫描棱镜转过

的角度值，再通过精密时钟控制编码器同步测量，便可得每纵向扫描

角度观测值为α、θ。个激光脉冲横向、（2线位移测量）激光扫描

测角系统由激光发射器，直角棱镜和CCD元件组成，激光束入射到

直角棱镜上，经棱镜折射后射向被测目标，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