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三维激光扫描仪的测量原理是什么?

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2019-09-09
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摘要 : 三维扫描仪是一种科学仪器,用来侦测并分析现实世界中物体或环境的形状(几何构造)与外观数据(如颜色、表面反照率等性质)。搜集到的数据常被用来进行三维重建计算,在虚拟世界中创建实际物体的数字模型。

三维扫描仪是一种科学仪器,用来侦测并分析现实世界中物体或环境的形状(几何构造)与外观数据(如颜色、表面反照率等性质)。搜集到的数据常被用来进行三维重建计算,在虚拟世界中创建实际物体的数字模型。


这些模型具有相当广泛的用途,举凡工业设计、瑕疵检测、逆向工程、机器人导引、地貌测量、医学信息、生物信息、刑事鉴定、数字文物典藏、电影制片、游戏创作素材等等都可见其应用。三维扫描仪的制作并非仰赖单一技术,各种不同的重建技术都有其优缺点,成本与售价也有高低之分。目前并无一体通用之重建技术,仪器与方法往往受限于物体的表面特性。例如光学技术不易处理闪亮(高反照率)、镜面或半透明的表面,而激光技术不适用于脆弱或易变质的表面。


三维激光扫描仪使用激光三角测距原理。通过光源孔发射出一束水平的激光束来扫描物体,该激光束经过旋转平面镜的作用,改变角度,使得激光束发射到物体表面。物体表面反射激光束,每一条激光线都通过CCD传感器采集成一帧数据。根据物体表面不同的形状,每条激光线反射回来的信息中包含有每处表面的高级数据。完整范围的高精度扫描只要2.5秒(快速模式0.3秒),物体表面的形状转换为超过300,000点(连接点)的点格数据。


随着三维扫描技术不断发展并日渐成熟,三维扫描设备也逐渐商业化,三维扫描仪的巨大优势就在于可以快速扫描被测物体,不需反射棱镜即可直接获得高精度的扫描点云数据。这样一来可以高效地对真实世界进行三维建模和虚拟重现。因此,其在文物数字化保护、土木工程、工业测量、自然灾害调查、数字城市地形可视化、城乡规划等领域有广泛的应用。


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