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        三维激光扫描系统基本原理及分类

          1.激光测距技术原理与类型

          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。三维激光扫描仪作为三维激光扫描系统的主要组成部分,是由激光射器、接收器、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距法、相位测距法、激光三角法、脉冲一相位式四种类型。目前,测绘领域所使用的三激光扫描仪主要是基于脉冲测距法测距,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测距。激光测距技术类型介绍如下:

          1)脉冲测距法

          脉冲测距法是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(Time of Flight,缩写为TOF),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、接受器、时间计数器、微电脑组成。

          脉冲测距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

          相位式扫描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。基于相位测量原理主要用于进行中等距离的扫描测量系统中。扫描范围通常在100m内,它的精度可以达到毫米数量级。

          相位式扫描仪由于采用的是连续光源,功率一般较低,所以测量范围也较小,测量精度主要受相位比较器的精度和调制信号的频率限制,增大调制信号的频率可以提高精度,但测量范围也随之变小,所以为了在不影响测量范围的前提下提高测量精度,一般都设置多个调频频率。

          3)激光三角法

          激光三角法是利用三角形几何关系求得距离。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。三维眼

          4)脉冲一相位式测距法

          将脉冲式测距和相位式测距两种方法结合起来,就产生了一种新的测距方法:脉冲-相位式测距法,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。

          三维激光扫描仪主要由测距系统和测角系统以及其他辅助功能系统构成,如内置相机以及双轴补偿器等。工作原理是通过测距系统获取扫描仪到待测物体的距离。再通过测角系统获取扫描仪至待测物体的水平角和垂直角,进而计算出待测物体的三维坐标信息。在扫描的过程中再利用本身的垂直和水平马达等传动装置完成对物体的全方位扫描,这样连续地对空间以一定的取样密度进行扫描测量,就能得到被测目标物体密集的三维彩色散点数据,称为点云。

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        点击次数:  更新时间:2018-08-07 14:28:11  【打印此页】  【关闭
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