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三、三维激光扫描系统的原理与分类

发布时间:2017-09-20     文章来源:www.1wns.com

三维激光扫描系统主要由三维激光扫描仪、计算机、电源供应系统、支架以及系统配套软件构成。而三维激光扫描仪作为三维激光扫描系统的主要组成部分之一,又由激光发射器、接收机、时间计数器、马达控制可旋转的滤光镜、控制电路板、微电脑、CCD相机以及软件等组成。

激光测距技术是三维激光扫描仪的主要技术之一,激光测距的原理主要有基于脉冲测距法、相位测距法、激光三角法,脉冲-相位式四种类型。目前测绘领域所使用的三维激光扫描仪主要是基于脉冲测距法,近距离的三维激光扫描仪主要采用相位干涉法测距和激光三角法。激光测距技术类型介绍如下:

1、脉冲测距法:一种高速激光测时测距技术。脉冲式扫描仪在扫描时激光器发射出单点的激光,记录激光的回波信号。通过计算激光的飞行时间,利用光速来计算目标点与扫描仪之间的距离。这种原理的测距系统测距范围可以达到几百米到上千米的距离。激光测距系统主要由发射器、接收器、时间计数器、微电脑组成。此方法也称为脉冲飞行时间差测距,由于采用的是脉冲式的激光源,适用于超长距离的距离测量,测量精度主要受到脉冲计数器工作频率与激光源脉冲宽度的限制,精度可以达到米数量级。

2、相位测距法:相位式测距仪是发射出一束不间断的整数波长的激光,通过计算从物体反射回来的激光波的相位差,来计算和记录目标物体的距离。主要用于中等距离的扫描测量系统中。扫描范围通常在100米以内,它的精度可以达到毫米数量级。

3、激光三角法:利用三角形的几何关系求得距离。先由扫描仪发射激光到物体表面,利用在基线另一端的CCD相机接收物体反射信号,记录入射光与反射光的夹角,已知激光光源与CCD之间的基线长度,由三角形几何关系推求出扫描仪与物体之间的距离。为了保证扫描信息的完整性,许多扫描仪扫描范围只有几米到数十米。这种类型的三维激光扫描系统主要应用于工业测量和逆向工程重建中。它可以达到亚毫米级的精度。

4、脉冲--相位式测距法:将脉冲式测距与相位式测距两种方法结合起来,这种方法利用脉冲式测距实现对距离的粗测,利用相位式测距实现对距离的精测。

根据一些学者的相关研究成果,三维激光扫描系统的一般分类的依据有:搭载平台,扫描距离,成像方式,测距原理。



1、依据搭载平台划分:机载型激光扫描系统

地面激光扫描测量系统

手持型激光扫描系统

星载激光扫描仪。

2、依据扫描距离划分:短距离激光扫描仪

中距离激光扫描仪

长距离激光扫描仪

机载/星载激光扫描仪。

3、依据扫描仪成像方式划分:全景扫描式

相机扫描式

混合型扫描式。

4、依据扫描仪测距原理划分:脉冲式

相位式

激光三角式

脉冲-相位式