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一．相机参数调整
1.点击project—new新建一个扫描工程实例：
2.右击左侧编辑栏的calibration,在弹出的对话框中，选择第二项，即new cemara calibration (wirard)：
3.在新的对话框中，可以选定客户仪器自配置相机型号、配置镜头型
号。点击OK。
点击next，得到下一步设置相机镜头型号：
点击next，得到下一步设置相机和镜头的序列号，可用x代替：
点击OK，此时会在左侧编辑框中的calibration-camera二级菜单中出
现新的相机参数图框：
4.右击左侧编辑框的mounting菜单，选择new mounting选项。这时，
会出现新的安装图标：
5.在左侧编辑框中右击scnas，建立新的扫描站和扫描工程：
.
在弹出的对话框中的instrument选项选择仪器型号；
右击扫描站，在弹出的新对话框中，选中distance 前面的方框（表示在10m的距离处的扫描点间隔），start
angle和stop angle设定起始角。
点击OK。此时将得到扫描数据视图：
6.点击左侧编辑框中的扫描数据图标，在出现的方框中选择find reflectors。在弹出的新对话框中threshold detection设定反射率。并且把delete existing tiepoints of tiepointlist
前面的方框选中。
此时将会出现以下界面：
7.双击扫描数据的图标，选择在出现的对话框中选择2D显示模式：
8.在新打开的二维视图中点击按钮，在下拉框中选择第一项，
show TPL SOCS：
此时，二维视图将出现仪器扫描点的坐标：
按住shift键，点鼠标选中，此点将变为红色：
同时，在TPL的列表中将出现对应的该点的属性：
此时，可直接点击按钮，删除该干扰点。
9.点击按钮，将选中TPL列表中的所有数据，再点击按钮，仪器将定位扫描TPL列表中的点位。如果出现扫描点定位和标靶位置偏差较大的情况，可采用8所说的步骤，删除偏差大的点位。需要注意的是：在TPL列表中删除相关点后，还要在左侧的编辑框中删除该点对应的照片的数据。
10.在scans中右击扫描数据的图标，在方框中选择image acquisition；第一次将会出现请你选择相机型号的提示，点击OK，并将在如下对话框中选择相机型号：
再采取相同的步骤，仪器将自动对准扫描目标的位置进行拍照。11.打开照片，选择按钮，在下拉框中选中show TPL POCS，照片中将出现扫描点的对应坐标：
12.在照片视图中选中反射片的中心，按住shift点击，之后右击，选择add point to TPL，在弹出的对话框中，reflector type下选择5cm 模式：
框选仪器扫描点和自定义反射片中心，点右键，选择link tiepoints together：
重复次步骤，直到所有的点都被选中。
13.当全部都选中后，右击左侧编辑框的calibration，选择calibrate
camera：
在弹出的新的对话框中选择，初始相机标定和初始安装校准都选择命名的50MM,扫描站选择你所选择进行上面各步骤操作的站点：
此时将弹出新的对话框：
一步步点击，到第四步即image acquisition时，点击对话框下面的start，仪器将解算相关位置差。
注：如果此时出现错误提示，将重复上诉步骤，进行重新参数设定。
14.选择calibration，点击start。将出现全新的对话框：
在新的对话框中figure of merit 选择least squares fitting（最小平方配合），点击Use all，选中所有的参数，再点击start，系统将解算位置参数。解算完成后，可在statistics中查看结果：
当一个平均像素距离为0.5以内，，可认为是正确的结果。否则，将重新进行解算。
二．外业数据扫描
1.建立新的扫描工程：
点击project，在弹出的对话框中选择new：
在新的对话框中输入要设定的工程名称：
相机参数的导入：
点击左侧编辑栏，选择calibrations前面的+，在二级树中右击camear
按钮，再选择new camear calibrations按钮：
瑞士徕卡三维激光扫描仪 产品型号：ScanStation c10 徕卡测量系统股份有限公司HDS高清晰测量系统部门是三维激光扫描解决方案的供应商，她是全球范围内将三维激光扫描技术应用于改建工程、细部测量、工程设计与咨询以及地形测量项目的领导者。其先进的高清晰测量扫描仪、软件以及“交钥匙”系统是高精度、确保投资回报、容易使用以及手段灵活的完美结合。除了这些产品之外，徕卡也向客户提供最全 面的客户服务和支持，并把客户介绍给业内最大也是经验最丰富的服务商网络。 徕卡测量系统的HDS产品家族包括：基于时间测量的HDS3000和ScanStationc10测量系统,基于相位测量的超高速系统HDS6000.这样的产品组合再结合Ｃyclone软件和CAD 插件Cloudworx，我们为用户提供完整的工程解决方案，用户可以获得符合徕卡品质的测量成果、完整的ＣＡＤ工具集成、高精度的可提交成果以及海量工扫描数据管理能力。 徕卡ScanStation 全球第一个带有全站仪功能的三维激光扫描仪 全方位视场角 360°×270°双轴补偿±5′ 全站仪级别的单点测量精度 有效的测距范围 300米 模型表面精度±2mm 全新四大特点： 1、全方位视角:360°×270° 徕卡ScanStation c10全站式扫描仪能够扫描建筑的天花板或顶棚、桥梁下底面、架空管道支撑架、高大物体的立面、柱状或塔式建筑物。全站仪的视场角没有限制，因此，测量员和其它专业人员在安置徕卡ScanStation 全站式扫描仪时，不需为视场角问题费心劳神。 2、高精度双轴（倾斜）补偿器:双轴补偿±5′分辨率1” 比全站仪更加灵活和自由，徕卡ScanStation c10全站式扫描仪可以根据测量控制点完成高精度的导线测量，因为它使用了和徕卡全站仪一样高精度的双轴（倾斜）补偿器。 3、测量级的点位精度:模型表面的精度±2mm 和有些扫描仪通过“多次测量取平均”的方法达到测量级的精度不同，徕卡ScanStation c10全站式扫描仪测量的单点精度也能达到测量级的精度。在远距离扫描时，徕卡ScanStation c10全站式扫描仪的超精细扫描保证了标靶扫描的精度以及扫描拼接的精度，用户会切身体会到其中的好处。
三维激光扫描技术 21世纪初,三维激光开始被应用于古建筑测绘领域,如用于故宫修复测绘.和数码相机相结合对古建筑物进行快速三维重建等,实现古建地数字化存档,为研究中国古建筑史和建筑理论提供重要资料. 三维激光在古建筑保护中相对于传统测绘手段而言更显示出其独特地.无法取代地优越性.然而,由于建筑本身地特性以及技术本身地局限性,也使得三维激光用于古建筑测绘存在一定地缺陷,且技术含量较高,硬件设备昂贵,投入大,易受古建筑物周围高大树木遮挡等,实际实施往往有难度. 三维激光扫描仪（FaroFocus3D） 图Faro大场景地面三维激光扫描仪
三维激光扫描技术又称“实景复制技术”,通过现场扫描操作直接将各种大型.复杂.不规则地.标准或非标准等实体三维数据完整地采集到电脑中,进而快速重构出目标地三维模型及线.面.体.空间等各种制图数据.同时,采集地三维激光点云数据还可进行各种后处理工作,如：测绘.计量.分析.仿真.模拟.展示.监测.虚拟现实等,它是各种正向工程工具地对称应用工具,即逆向工程工具.它区别于传统地单点定位测量.点线测绘技术及照相测量技术. 图三维激光扫描仪 三维激光扫描可以同时获取空间三维点云Pointcloud和彩色数字图像两种数据,扫描点空间定位精度达到5mm~10mm,使该项技术成为欧美等国在高效率空间数据获取和地面遥感探测及三维建模方面地研究热点.近年来,该项技术在欧美等国家和地区地应用涉及城市规划.资源调查.灾害管理.工程设计及国防等方面,特别在城市三维景观.古建重建.虚拟现实与仿真等方面发挥了巨大优势. 工作原理 三维激光扫描技术,是通过内部地激光脉冲发射器向目标物发出激光脉冲,通过反光镜旋转,发出地激光脉冲扫过被测目标,信号接收器接收来自目标体返回地激光脉冲,通过每个激光脉冲从发出到被测物表面返回仪器所经过地时间可以获得被测物体到扫描中心地距离,同时扫描控制模块可测量每个激光脉冲地水平扫描角α和竖向扫描角β,后处理软件自动解算得出被测点地相对三维坐标,进而转换成绝对坐标系中地三维空间位置坐标或三维模型.
1、调整硬件 放板，把仪器垂直向下 2、调整工作距离 ●手动旋转升降手杆，抬升仪器，使工作板进入屏幕二四广角内。 ●放一张白纸，点菜单，投射十字线，调仪器上的旋钮使其清晰。 ●调镜头角度，使屏幕上两个红黑十字竖条重合拧紧。 ●翻到有字的一面，投射黑场，调镜头上先调亮，拧开小钮，再调清晰锁紧。 ●投射十字线，调镜头上方小钮，调成130。 3、软件校正 ●校正-------校正页面 ●校正------参数设置------选规格 ●按要求七步校正 ●点启动，点鼠标右键，按顺序设置左镜头、右镜头四个点推往校上角点。 ●最后点校正，出对话框，中间数字不超过0.15就能用。 ●点小按钮Sca扫描页面。 ●拿手校正扳放模型------喷涂料------贴点 ●投射十字线，手摇手柄使红黑十字线重合，点空格开始扫描。 1）顺次扫四个方向 2）调整镜头成45度，投射十字线重合，再扫四个方向，如果没有扫到五个，点鼠标右键数据管理取消本次数据补贴点，直到看到很完美。 保存suface.asc 去除杂质：打开Geomagic Studio 10. 打开文件右键着色 编辑-----选择-----体外弧点 敏感性改为100确定------删除 选择------非连接项------改为低------DEL 点-----减少噪音----滑块到中------确定 点-----封装------确定 模型管理器-----第三个显示-----多边形改为100 背景模式去掉 多边形------填充孔点第四个清理干净 填充孔：点边界 工具------特征-------创建特征-----选择平面-----在物体平向的地方点三个-------平面二------与第一个垂直 工具-----对齐----到全局 要想转方向 工具-----移动------精确位置-----旋转轴方向 安装过程 1、安装加密狗 2、打开3doe下Aluication下复制Stereo3D到D盘和3doe并列 3、打开Backconfig,，把4个全复制到Stereo3D里。
三维激光扫描仪应用于地形测量操作流程： 第一步、建立工程及数据下载 1.1 新建工程： 点击工具栏“project”命令-“New”-选择工程在计算机中存贮位置并为工程命名；1.2设备连接： 双击工程名在出现的对话框中点击“Instrument”命令并且在“Network”命令下设置IP 地址为“192.168.0.234”（对应扫描仪中IP地址）。 1.3 数据下载 点击工具栏“HELP”-“download and convert”-选取需要的数据进行下载。（可右键工程名称点”check all”全选所有数据） 第二步、选取反射片或公共点。 在新接触RIEGL扫描仪或无明显公共特征地物的情况下不建议运用选取公共点进行点云数据的拼接，最好是每站摆设3个反射片来进行粗拼和坐标系的转换。 选取反射片一般在2D视图下灰度模式中的点云数据中选取
且与选取的公共点区分开）
在2D视图中选取反射片后，可在3D视图中拖入标记的反射片来检查标记的反射片位置是否正确，若发现反射片偏离，可在TPL中删除改点，在3D视图中重新选择。 第三步、导入外业实测反射片坐标（反射片坐标是用RTK测得） 把外业RTK点(TXT格式或者CSV格式)导入TPL(GLCS)需要注意X6位Y7位;
如果我们是用选取公共点进行站站之间的粗拼，或用反射片进行粗拼，可以在TPL(GLCS)中选取所有点右键，复制到TPL(PRCS)。 注意：一般我们在野外作业时都是用磁罗盘进行定向配合GPS进行数据扫描，内业一般就可以不用进行粗拼，第四步可以跳过，所以我们不用将TPL(GLCS)中的点复制到TPL(PRCS)中。 第四步、粗拼 粗拼就是将站站之间的位置在一定的误差范围内重合。粗拼有三种方法 一、在野外作业时都是用磁罗盘进行定向配合GPS进行数据扫描，相对位置不会发生 太大的变化，我们可以理解为已经粗拼完成。某些个别站因为各种原因可能会发生相对位置变化很大的情况，我们可以通过改变某站扫描数据的X、Y、Z坐标进行粗拼。 例：假设第一站（①）的点云数据相对位置正确，我们将第二站（②）的点云数据与 ①的点云数据进行粗略拼接。 步骤为 将①②的点云数据放到一个视图窗口上，调整至较为清晰的公共部分
三维扫描仪因其准确性、便携性、简单性等产品特性，广泛应用在逆向设计、质量检测、小型精细扫描、三维建模、数字存档、虚拟安装、干涉分析、变形检测、VR/AR、有限元分析、形位公差分析、回弹补偿检测、管路快速检测、绘制线图等诸多解决方案之中，在航天航空、汽车船舶等交通行业、风电水电、模具检测、模具制造、警用公共安全、文化遗传、影视模型、数字化工厂等行业中发挥着不可替代的作用。 接下来我们一起来看看常规的手持3D扫描仪是如何使用的。 一、手持3D扫描设备硬件示意图： 二、3D扫描设备连接正确流程（以便确保设备物理完整性以及避免损坏任何设备。） 1、将电源插入插座； 2.将电源线连接到USB 3.0数据线； 3.将USB 3.0数据线连接到电脑的USB 3.0端口；
4.将USB 3.0数据线的另一端口连接到三维扫描仪。 5.将电源连接到扫描仪。 6.启动与设备配套的三维扫描软件 （具体软件操作界面可联系沪敖获取） 三、扫描仪自身校准 由于环境的变化可能会影响扫描仪用于分析实际物体或环境以采集其形状或外观（例如，颜色）的相关数据的设备。例如，采集的数据随后可用于构建三维数字模型。校准指一系列操作，用于在特定条件下，在测量仪或测量系统所指示的数量值或者材料测量或参考材料所表示的值与依据标准实现的相应值之间建立关系。这些变化大多是由温度差异造成的，因而需要修改机械配置。优化校准可以返回初始测量特性。 操作步骤为：在软件菜单栏找到配置|扫描仪|校准或单击主工具栏上的扫描仪校准按钮开始扫描的自身校准，该过程需要将扫描放置
由三个绿色指示条表示的十四个位置（3D 查看器）。对于前十次测量，请保持与校准板垂直的正常状态。尽量使顶部条和左侧条的红色指示条居中。对于右侧条而言，每次测量成功后，它都会上升。对于后四次测量，从测量板倾斜移动扫描仪，使之与顶部条、左侧条和右侧条的红色指示条位置相符，尽量居中于绿色矩形区域。蓝色圆圈指示条必须与用户校准板中心的绿色圆圈对齐相对于其他对象的某个对象的调整，或相对于其他对象的某些对象或一组对象的静态方向。同时蓝色圆圈的十字线必须与绿色指示条对准。完成后，应该使用“确定”按钮接受校准。 如果校准失败，需要先检查一些细节，再决定是否取消校准扫描仪： 确保用户校准板附近没有反射物。 验证定位目标点定位目标点用于通过扫描设备采集数据。 四、开始扫描 单击主工具栏的扫描按钮并按下扫描仪的扫描键，3D扫描仪即开始工作。该种系列扫描仪可采用三种模式进行扫描： 1. 基于几何信息 3D扫描仪可根据工件表面的几何信息进行自定位。 2. 基于定位目标点
甘肃启奥地理信息工程服务有限公司 三维激光扫描仪 使用规范 二零一二年十二月
三维激光扫描仪以其长距离，高精度，快速度数据扫描的特点，能在条件恶劣，人员无法抵达的环境里，完成了一系列高难度、高强度的测绘任务，发挥出了其独有的优势，给我们测绘带来前所未有的效益。在使用RIEGL VZ-1000近一年半的时间里，我们也总结了很多经验，我将此仪器的常规操作做一简要总结，作为基本的使用规范： 一、外业基础工作 1.配件及外业准备工作 三维激光扫描仪外业测绘所需配件有：RIEGL VZ-1000主机、充电器、电瓶、电瓶充电器、数据线、电源线、笔记本电脑(电池，鼠标等)。 辅助设备：RTK1+1模式、仪器箱、内六方扳手、背包（仪器保护小棉袄）、木质脚架，简易脚架、记录本、觇板、反射贴片，卷尺等。 2.充电 1）三维激光扫描仪自带电池直接可以充电，由于其自身的电池保护功能在电池电量没有完全用完的情况下，首先开机放电，让其正常耗电，电量小于10%以下，电量显示为红色，方可继续充电，否则无法充电。充电时间保持8小时以上。 2）电瓶充电时，必须严格按照正负极标注进行接线，严禁违规操作。接通电瓶充电器，绿灯亮后，在仪表盘上，电压设置12V,电流设置18A以上。充电时间保持10小时以上。 3）其余设备（RTK、笔记本电脑、对讲机等）按正常标准充电，
充分保证野外工作的顺利经行 3.外业数据采集 1）找到合适的仪器架设位置后，固定脚架，使其基本平整，将扫描仪固定到脚架上，拧紧连接螺旋。先连接数据线(注意卡口，切记野蛮连接)，如果需用电瓶供电，再连接电源线缆。打开供电按钮，启动一起，同时启动电脑。在距离扫描仪15米左右视野开阔的地方，固定简易脚架，设置反射贴片位置,并记录反射贴片高度，反射贴片正对扫描仪。 2）扫描仪开机后，仪器下方出现激光束投射到地面上，找准激光位置，做好标记，量取仪器高并记录(激光投射地面点到脚架基座的高度,单位m)。 3）笔记本启动后，桌面上点击图标，启动软件，进入软件操作界面（见图1）。 图1 软件操作界面
目录 1 概述 (2) 2 外业数据采集 (2) 2.1 外业踏勘 (2) 2.2 控制点数据 (2) 2.3 点云数据 (10) 3 内业软件简介 (10) 3.1 TRIMBLE Scene的组成 (11) 3.2 快速视图 (12) 3.3 平面视图 (13) 3.4 3D立体显示 (14) 3.5 快捷图标说明 (14) 3.6 点云数据导出 (16) 3.7 测量距离 (17) 4 内业数据处理流程 (17) 4.1 数据整理 (17) 4.2 加载数据 (18) 4.3 选择参考点、面 (18) 4.4 靶球、面配对拼接 (19) 4.5 应用彩色点云 (21) 4.6 导出点云建立模型 (21)
1 概述 随着测绘技术的日益发展，高效，简便的各项技术相继问世。TRIMBLE三维激光扫描仪为当前世界最小、最轻的激光扫描仪。 与传统的二维平面图相比，任何人都会发现三维图像的优点。因为激光扫描仪可以在每秒得到约百万测量点，并产生其周围环境的精确三维图像。 TRIMBLE三维扫描仪尺寸为24x20x10 C㎡ 重量：5kg 采用集成彩色相机，7000w像素的无视差彩色相机 高性能电池可持续工作5小时 数据管理采用便携带的SD卡 测量速度为976000点/秒 误差±2mm 视野305°（垂直）x 360°（水平） 数据处理流程分为：外业激光数据采集、内业激光数据拼接、后期三维建模、数据集成系统。 2 外业数据采集 2.1 外业踏勘 每个项目开始之前，必须对需要采集数据的地点进行踏勘，对其周围的地理环境、天气因素、人为影响作一个系统的了解，做好计划，并防止采集数据发生的意外。 2.2 控制点数据 为了对扫描图像进行绝对定向，需在整个房屋附近设置多个靶球或靶点，并利用仪器，测量出每一个点的位置。靶球放置必须保证前后站都能看到。放置好靶球后，架起仪器开机。开机后界面如下：
三维激光扫描分类及工作 操作规范 Revised by Hanlin on 10 January 2021
一、地面激光扫描系统 1、概述 地面激光扫描仪系统类似于传统测量中的全站仪，它由一个激光扫描仪和一个内置或外置的数码相机，以及软件控制系统组成。二者的不同之处在于激光扫描仪采集的不是离散的单点三维坐标，而是一系列的“点云”数据。这些点云数据可以直接用来进行三维建模，而数码相机的功能就是提供对应模型的纹理信息。 2、工作原理 三维激光扫描仪发射器发出一个激光脉冲信号，经物体表面漫反射后，沿几乎相同的路径反向传回到接收器，可以计算日标点P与扫描仪距离S，控制编码器同步测量每个激光脉冲横向扫描角度观测值α和纵向扫描角度观测值β。三维激光扫描测量一般为仪器自定义坐标系。X轴在横向扫描面内，Y轴在横向扫描面内与X轴垂直，Z轴与横向扫描面垂直。获得P的坐标。进而转 换成绝对坐标系中的三维空间位置坐标或三维模型。 3、作业流程 整个系统由地面三维激光扫描仪、数码相机、后处理软件、电源以及附属设备构成，它采用非接触式高速激光测量方式，获取地形或者复杂物体的几何图形数据和影像数据。最终由后处理软件对采集的点云数据和影像数据进行处理转换成绝对坐标系中的空间位置坐标或模型，以多种不同的格式输出，满足空间信息数据库的数据源和不同应用的需要。（1）、数据获取 利用软件平台控制三维激光扫描仪对特定的实体和反射参照点进行扫描，尽可能多的获取实体相关信息。三维激光扫描仪最终获取的是空间实体的几何位置信息，点云的发射密度值，以及内置或外置相机获取的影像信息。这些原始数据一并存储在特定的工程文件
三维激光扫描仪使用说明 1、三维激光扫描原理 Trimble GX200三维激光扫描系统由三维激光扫描仪、数码相机、扫描仪旋转平台、软件控制平台，数据处理平台及电源和其它附件设备共同构成，是一种集成了多种高新技术的新型空间信息数据获取手段。地面三维激光扫描系统的工作原理：首先由激光脉冲二极管发射出激光脉冲信号，经过旋转棱镜，射向目标，然后通过探测器，接收反射回来的激光脉冲信号，并由记录器记录，最后转换成能够直接识别处理的数据信息，经过软件处理实现实体建模输出。 2、三维激光扫描工作流程 应用三维激光测量技术采集数据的工作过程大致可以分为计划制定、外业数据采集和内业数据处理三部分。在具体工作展开之前首先需要制定详细的工作计划，做一些准备工作，主要包括：根据扫描对象的不同和精度的具体要求设计一条合适的扫描路线、确定恰当的采样密度、大致确定扫描仪至扫描物体的距离、设站数、大致的设站位置等等；外业工作主要是采集数据：主要包括数据采集、现场分析采集到的数据是否大致符合要求、进行初步的质量分析和控制等等；内业数据处理是最重要也是工作量最大的一环，主要包括：外业采集到的激光扫描原始数据的显示，数据的规则格网化，数据滤波、分类、分割，数据的压缩，图像处理，模式识别等等。 3、三维激光扫描仪用途 目前Trimble GX200三维激光扫描仪的主要用途为工程测量、地形测景、虚拟现实和模拟可视化、矿区土方开挖断面和体积测量、工业制造、变形测量、加工检测、施工控测、事故调查、历史古迹的调查与恢复，以及特殊动画效果的测量等。 4、本校对三维激光扫描仪主要用途说明 本校对Trimble GX200三维激光扫描的主要用途有如下三个方面： （1）本科生可以运用三维激光扫描仪进行相关的教学实验，用于建立简单的建筑物模型，了解外业操作和内业数据处理的基本方法，使自己掌握先进的测量仪器，拓宽自己知识面，为以后进一步的研究打下基础。 （2）硕士研究生可以结合本专业情况运用三维激光扫描仪进行各种实验项目，例如可以在变形监测方面运用仪器进行相关实验，获得测量数据进行相关的后续研究。 （3）博士研究生可以更深入对三维激光扫描系统进行理论研究。例如三维激光扫描仪工作原理的研究，相关数据处理软件的研究和开发，三维激光测量系统理论方法的研究等。
三维扫描实验项目指导书（一） 自动化三维扫描
目录 1.实验目的 (1) 2.实验原理 (1) 3.实验内容及步骤 (1) 3.1开机 (1) 3.2系统标定 (2) 3.3转台手动操作 (10) 3.4路径规划 (10) 3.5修改自动化程序代码 (11) 3.6自动化运行 (12) 4.注意事项 (13) 4.1使用注意事项 (13) 4.2设备注意事项 (13) 4.3安全警告 (13) 5.撰写实验报告 (14)
1.实验目的： （1）学习自动化三维扫描仪的调试及使用方法，初步掌握空间曲面三维扫描的方法。 （2）具体了解点云数据处理流程，为逆向工程技术运用奠定基础。 2.实验原理： 扫描仪工作原理： 扫描时，光栅投影装置投影数副特定编码的结构光到待测物体，成一定夹角的两个摄像头同步采集相应的图像，然后对图像进行编码和相位计算，利用三角形扫描原理、匹配技术，算解出两个摄像头公共视区内像素点得到三维坐标。 自动化三维扫描与检测系统由于其自动化程度高，可针对不同外形的产品进行最优扫描路径规划，从而高效完成检测任务，整个过程无需人为干预。 本实验使用的是武汉惟景三维科技有限公司所生产的PowerScan-Auto系列自化扫描测量与检测系统，设备由以下工业级机械臂与PowerScan-Pro1.3M扫描仪组成。 PowerScan-Pro1.3M扫描仪具体参数如下： 3 .实验内容及步骤： 3.1、开机 打开机器人控制柜电源，打开电脑。打开PowerScan软件。打开TCPIP软件，软件界面如图1.1所示，在本地端口框中输入12548，连接端口框中输入5490，目标IP地址为192.168.125.5，协议选择为TCP Client，在最下面勾选十六进制接受框，点击连接按钮，将设备、机器人和软件连接起来。（注：在自动化未运行时，需手动连接设备、机器人和软件，防止软件一直检测是否连接而造成卡顿。自动化运行前需将连接断开，自动化运行时，自动化程序会自行连接设备、机器
利用三维激光扫描仪提取塌陷裂缝 张飞跃 （西安科技大学，陕西西安 710600） 摘要：三维激光扫描技术作为一种新兴的测量技术，是一种先进的、自动化的、非接触式、高精度三维激光技术，是继GPS之后测量技术的又一次革新。由于地面沉降引起的地裂缝是一种日趋普遍且显著的地质问题，对矿区地表作物及生态产生重大影响。利用三维激光扫描仪并结合数字图像技术提取塌陷裂缝是对三维激光技术应用的又一次扩展。论文对三维激光扫描仪进行了详细的介绍说明并通过对矿区实地数据的处理和分析，探索三维激光扫描仪在地表变形监测领域的应用理论和方法。 关键词：三维激光扫描技术，点云数据处理，数字滤波，裂缝信息提取 Using three-dimensional laser scanner to extract Surface crack ZHANG Fei-Yue (xi’an university of science and technology) Abstract：As a new measurement technique,three-dimensional laser scanning technology is an advanced, automated, non-contact, high-precision three-dimensional laser technology, following another GPS measurement technology innovations. Due to cracks caused by ground subsidence is a common and increasingly significant geological problems, there has a significant impact on the mine surface crops and https://www.doczj.com/doc/9c1586718.html,ing three-dimensional laser scanner and digital image technology to extract collapse crack is another expansion of three-dimensional laser technology .This paper has been illustrated and described in detail by mine field data processing and analysis for three-dimensional laser scanner,to explore the three-dimensional laser scanner application theory and methods in the field of surface deformation monitoring. Key words: Three-dimensional laser scanning technology，Point cloud data processing，Digital Filter，Cracks information extraction 0 引言 三维激光扫描系统是一种集高新科技于一身的空间数据获取系统。利用地面三维激光扫描技术，可以进行复杂地形地貌的地区或是管线设施密集的工厂进行扫描作业，并可以直接实现各种大型的、复杂的、不规则、标准或非标准的实体或实景三维数据完整的采集，进而快速重构出实体目标的三维模型及线、面、体、空间等各种制图数据。同时，还可对采集的三维激光点云数据进行各种后处理分析，如测绘、分析、模拟、展示、监测、虚拟现实等操作。 在矿山开采沉陷研究中，传统地表沉陷观测方法在地表变形盆地主断面上步设一定密度的监测点获取地表变形数据。监测点数量有限，并且在较长的观测周期中出现因监测点难以保护而造成点位丢失的现象，给之后的数据处理工作带来
三维扫描仪使用方法及操作技巧 三维扫描仪大体分为接触式三维扫描仪和非接触式三维扫描仪。其中非接触式三维扫描仪又分为光栅三维扫描仪（也称拍照式三维描仪）和激光扫描仪。而光栅三维扫描又有白光扫描或蓝光扫描等，激光扫描仪又有点激光、线激光、面激光的区别。 三维扫描仪功能： 1：三维扫描仪的用途是创建物体几何表面的点云（point cloud），这些点可用来插补成物体的表面形状，越密集的点云可以创建更精确的模型（这个过程称做三维重建）。若扫描仪能够取得表面颜色，则可进一步在重建的表面上粘贴材质贴图，亦即所谓的材质映射（texture mapping）。 2：三维扫描仪可模拟为照相机，它们的视线范围都体现圆锥状，信息的搜集皆限定在一定的范围内。两者不同之处在于相机所抓取的是颜色信息，而三维扫描仪测量的是距离。手持式三维扫描仪 手持式三维扫描仪原理：线激光手持三维扫描仪，自带校准功能，采用635nm的红色线激光闪光灯，配有一部闪光灯和两个工业相机，工作时将激光线照射到物体上，两个相机来捕捉这一瞬间的三维扫描数据，由于物体表面的曲率不同，光线照射在物体上会发生反射和折射，然后这些信息会通过第三方软件转换为3D图像。在扫描仪移动的过程中，光线会不断变化，而软件会及时识别这些变化并加以处理。光线投射到扫描对象上的频率高达28，000points/s，所以在扫描过程中移动扫描仪，哪怕扫描时动作很快，也同样可以获得很好的扫描效果，手持式三维扫描仪工作时使用反光型角点标志贴，与扫描软件配合使用，支持摄影测量和自校准技术。 定位目标可以使操作员根据其需要的任何方式360移动物体。真正便携手持三维扫描仪，可装入手提箱，携带到作业现场或者工厂间转移十分方便。实现激光扫描技术的一些最高数据质量，保持较高解析度，同时在平面上保持较大三角形，从而生成较小的STL文件。设备的形状和重量分布有利于长时间使用，避免发生肌肉骨骼问题。功能多样并方便用户
三维激光扫描仪 2.1三维激光扫描仪研究背景 自上个世纪60年代激光技术已经开始出现，激光技术以其单一性和高聚积度在20世纪获得巨大发展。实现了从一维到二维直至今天广泛应用的三维测量的发展，实现了无合作目标的快速高精度测量。而且数字地球，数字城市等一系列概念的提出，我们可以看到：信息表达从二维到三维方向的转化，从静态到动态的过渡将是推动我国信息化建设和社会经资源环境可持续发展的重要武器。目前，各种各样的三维数据获取工具和手段不断地涌现，推动着三维空间数据获取向着实时化、集成化、数字化、动态化和智能化的方向不断地发展，三维建模和曲面重构的应用也越来越广泛[1]。传统的测绘技术主要是单点精确测量，难以满足建模中所需要的精度、数量以及速度的要求。而三维激光扫描技术采用的是现代高精度传感技术，它可以采用无接触方式，能够深入到复杂的现场环境及空间中进行扫描操作。可以直接获取各种实体或实景的三维数据，得到被测物体表面的采样点集合“点云”，具有快速、简便、准确的特点。基于点云模型的数据和距离影像数据可以快速重构出目标的三维模型，并能获得三维空间的线、面、体等各种实验数据，如测绘、计量、分析、仿真、模拟、展示、监测、虚拟现实等。 其中，地面三维激光扫描技术的研究，已经成为测绘领域中的一个新的研究热点。它采用非接触式高速激光测量的方式，能够获取复杂物体的几何图形数据和影像数据，最终由后处理数据的软件对采集的点云数据和影像数据进行处理，并转换成绝对坐标系中的空间位置坐标或模型，能以多种不同的格式输出，满足空间信息数据库的数据源和不同项目的需要。目前这项技术已经广泛应用到文物的保护、建筑物的变形监测、三维数字地球和城市的场景重建、堆积物的测定等多个方面。 2.2 三维激光扫描技术研究现状 2.2.1 主要的三维激光扫描仪介绍 随着三维激光扫描技术研究领域的不断扩大，生产扫描仪的商家也越来越多。主要的有瑞士Leica公司，美国的FARO公司和3D DIGITAL公司、奥地利的RIGEL公司、加拿大的OpTech公司、法国MENSI公司、中国的北京荣创兴业科技发展公司等。这些扫描仪在扫描距离、扫描精度、点间距和数量、光斑点的大小等指标有所不同[2]。主要的分类见图1-1和表1-1。
三维扫描仪操作指导书 工程训练中心
工程综合训练部 前言 近年来，随着制造技术的飞速发展，一种新的制造概念改变了以前传统制造业的工艺过程。这种新的制造思路是：首先对现有的产品模型进行实测，获得物体的三维轮廓数据信息，再进行数据重构，建立其CAD数据模型。设计人员可在CAD模型上再进行改进和创新设计，最后获得的数据可直接输入到快速成型系统或者形成加工代码输入到数控加工中心，生成新的产品或其模具，最后通过实验验证，产品定型后再投入批量生产。这一过程就被称为反求工程，它使产品的设计开发的周期大为缩短，其整个过程可用下图描述。
反求工程系统可分为三部分：即数据的获取与处理系统；数据文件自动生成系统；自动加工成型系统。其中物体三维轮廓数据的准确获取是整个反求工程的关键所在。 我们将要介绍的三维扫描仪就是用于物体三维轮廓数据的获取，它具有精度高，速度快，对工件无磨损，无接触变形，易装夹，易操作等优点，可广泛应用于汽车、电子通讯、玩具、制造行业。
第一章系统简介 X H A3D三维扫描系统特点 XHA3D三维扫描系统采用世界领先的光栅式照相技术，在短时间内获取物体表面三维数据，广泛应用于模具设计、逆向工程、质量检测和控制、医学测量等领域， 产品主要具有以下特点： 扫描速度与精度的完美结合 单面扫描时间少于10 秒；采用全自动拼接技术，拼接精度可达0.04mm/m。 非接触式扫描 采用非接触光栅式照相扫描技术，避免了因扫描头磨损而影响精度，具有很高的稳定性。适用于橡胶类、皮革类等表面易变形物体扫描。 操作简便 操作界面简洁明了，初学者易上手，短时间内可熟练操作。 采用安全的结构光光源 ZRET 系列三维扫描仪采用安全的结构光光源，对人体无伤害，对环境要求不敏感，不需要在暗室中操作。 全自动拼接 运用标志点拼接技术，扫描过程中不用人为干预，对大型物体多次拍摄，对复杂物体多角度扫描，可得到完整、精确的三维点云数据。 精细拼接 采用独特的ICP(Iterative Closest Point)技术，将扫描所得数据的公共部分中所
快速掌握三维扫描仪的操作方法 随着国内三维扫描仪技术的成熟及在各行各业的普及，三维扫描技术已成为生产制造中的一项重要技术支撑，起着不可或缺的作用，并逐渐形成一门新的科学。如何正确高效的操作三维扫描仪成为了众多企业关心的问题。使用同样一款三维扫描仪扫描同一物体时，不同的操作人员得到的数据结果度会有一定的差异，其原因便在于扫描人员在操作过程中所掌握的操作技巧。掌握三维扫描仪操作原理比较容易，但如果想成为“扫描专家”还需要一定的学习与反复操作。 三维光学扫描仪：主要包括三维激光扫描仪和拍照式三维扫描仪。本案例以精易迅的拍照式三维扫描仪为例，简单叙述如何快速掌握三维光学扫描仪的操作方法：第一，前期的准备工作（主要分三步） 步骤1：确保稳定的三维扫描环境 进行三维扫描首先须确保三维扫描仪是建立在一个稳定的环境中（包括光环境：避免强光和逆光对射；三维扫描仪的稳固性等），要最大限度地减少环境破坏，确保三维扫描结果不会受到外部因素的影响。 步骤2：三维扫描仪校准（需要学习） 在三维扫描前，对机器进行校准尤为关键的一步。三维扫描仪要知道自身在什么环境下进行扫描，才能扫描出准确的三维数据。在校准过程中，要根据三维扫描仪预先设置的扫描模式，计算出扫描设备相对于对扫描对象的位置。 校准扫描仪时，应根据扫描对象调整设备系统设置的三维扫描环境。正确的相机设置会影响扫描数据的准确性，因此必须确保曝光设置是正确的。严格按照制造商的说明进行校准工作，仔细校正不准确的三维数据。校准后，可通过用三维扫描仪扫描已知三维数据的测量物体来检查比对，如果发现扫描仪扫描的精度无法实现时，需要重新校准扫描仪。 步骤3 ：对扫描物体表面进行处理 有些物体表面扫描是比较困难的。这些物体包括半透明材料（玻璃制品、玉石），有光泽，或颜色较暗的物体。对于这些物体需要使用哑光白色显像剂覆盖被扫描物体表面，对扫描物体喷上薄薄的一层显像剂，目的是是为了更好的扫描出物体的三维特征，数据会更精确。需要注意的是，显像剂喷洒过多，会造成物体厚度叠加，对扫描精度造成影响。注：显像剂不会对物体表面及人体造成损害，扫描完成后用清水洗掉即可。 第二，开始扫描工作 准备工作完成后便可以对物体进行扫描了。用三维扫描仪对扫描物体从不同的角度进行三维数据捕捉，更改物体摆放方式或调整三维扫描仪相机方向，对物体进行全方位的扫描。 第三，后期处理工作（主要分两步，比较简单） 步骤1：点云处理 目前市面上流行的三维扫描仪均为点云自动拼接方式，无需后期手动拼接，即对物体表面扫描完成后，系统会自动生成物体的三维点云图形。但需要操作人员对扫描得到的点云数据去除噪点（即多余的点云）以及对其进行平滑处理。 步骤2：数据转换 点云处理完后，要对数据进行转换，目前都是系统软件自动将点云数据直接转换成STL 文件的。生成的STL数据可以与市面上通用的3D软件对接。
法如相位式扫描仪九大特点概述 三维激光扫描仪与传统的全站仪在功能和概念上都是不一样的。全站仪是点、线的概念，而三维激光扫描仪是面、体的概念。所以三维激光扫描仪适合大场景的高速测量。 目前市场上的扫描仪主要分为脉冲式和相位式。相位式的扫描仪速度快，精度高，但距离较短，脉冲式的速度慢，精度差，但距离较长。 FARO的相位式大空间三维激光扫描仪拥有近百万点每秒的测量速度，以及小于1mm的测量重复性，是相位式扫描仪中速度最快性能最优的产品。相对于市场上同等价位的脉冲式扫描仪（如*******,拓普康的GLS1500），具有如下几个明显的优势： 第一大优势：速度快 FARO的Photon 120最快可以达到976,000 点/秒速度，是目前扫描速度最快的大空间三维激光扫描仪。同时，有122,000 / 244,000 / 488,000 / 976,000 点/秒四档速度可选。 而脉冲式的扫描速度最快仅有5万点/秒，最低的仅5千点/秒。 由于三维点云需要的是海量数据，如果扫描速度慢，在现场耗费的时间就多，而且对于一些灾害现场（如崩塌，塌方等地质灾害现场），多一点时间就多一份危险，我们以单站扫描半径100米，面积就为3.14万平方米，点云间距为3mm为例，通过下表就可以清楚看到快速扫描仪的优势。 以上举例仅仅是说明法如速度快的优势，在实际工作中，点云的间距一般不会设置这么密，但在同等点云密度的三维点云扫描中，法如的时间仅仅是的1/20，大大减
轻了外业的作业强度。比如法如5分钟能够完成的工作，而则需要100分钟才能完成。 目前脉冲式的扫描仪也在向着高速度发展，业界最快的脉冲式扫描仪――瑞格VZ400已经可以达到30万点/秒，但价格相对比较昂贵。 第二大优势――精度远远高于脉冲式扫描仪 采用多波长的相位调制，Photon 120在激光方向的分辨率达到0.07mm ；同时系统误差保持在±2mm@25m 。由于激光三维扫描仪获取的是面得信息，也就是点云的厚度（重复性）可以达到0.4mm ，这个指标是其他大空间三维激光扫描仪无法达到的。 在实际建模应用中，可重复性精度repeatability （建模精度是非常重要的）因为有了准确的数据才能获得准确的模型。见下图。 0.4mm “Noise” 就是实测点云数据与实际物体真实位置的偏离值 其它 VS. FARO
扫描流程示例 以下将以设备自带模型Palm Tree(热带树)为例，介绍使用3D Scanner HD获取物体三维尺寸数据并整合输出的基本方法及步骤。 (一)3D Scanner HD的安装与调试 整套扫描仪设备，如图1所示，由主机、基座、支杆、支撑台、数据线、电源线及连接配件组成。 (1)(2) (3)(4)
(5)(6) (7) (8)(9) 图1 3D Scanner HD扫描仪全部组件展示
(1) 主机正面(2) 主机反面(3) 基座正面(4) 基座背面(5) 一端带螺纹的支杆 (6) 支撑台(7) 数据线及电源线(8) 支撑夹(9) 连接配件 1.主机的安装 1)将电源线接口的一头插入主机背面相应位置，如下图2所示。 图2 电源线与主机的连接 2)使用USB线连接主机及电脑，如图3所示，电脑要求配置有2.0以上的 USB接口。 图3 连接主机及电脑 2.基座的安装 1)从基座背面凹槽内抽出数据线与主机相连，如图4所示，同时保证基座 仍能平稳置于桌面上。
(1)(2) 图4 基座与主机的连接 2)将支杆带螺纹的一端旋入基座5个螺纹孔中任一个中，如图5所示。 (1)(2) 图5 安装支杆 3)将支撑台空心圆管套入上步安装好的支杆内，并用螺丝固定，如图6所 示，尽量将支撑台放置于主机镜头下侧。
(1)(2)(3) 图6 4)将支撑夹装入套管内，并用螺钉固定，如图7所示。 (1) (2) 图7 支撑夹与套管的安装 5)将套管套入空心圆管内，移至合适位置后用螺钉固定，如图8所示。支 撑夹主要用来固定物件。
(1)(2) 图8 套管与支杆的固定 6)在支杆一头套上橡皮套，如图9所示，并得到如图10所示的显示效果。 图9 在支杆顶部套上橡皮套图10 装配完好的扫描仪
三维扫描仪操作规程 （ISO9001-2015） 1.0适用范围 三维扫描仪广泛用于模具设计，逆向工程，实体扫描和数据分析。 2.0操作方法 2.1 三维扫描仪使用方法。 2.1.1 使用人员必须经过培训考核以后才能上岗作业。 2.12 扫描仪由专人负责管理。 2.2 检查扫描仪部件是否齐全。 2.2.1 3D扫描仪、扫描仪支架、扫描仪校准球、数据通讯电缆及C-TRACK扫描系统。 2.2.2 数度校准棒7）笔记本电脑8）电源适配器9）4个反射把10）高清拍照像机11）坐标系系统12）1943高速数据通讯卡。 2.3 扫描设备连接 2.3.1 将笔记本电脑连接好电源。 2.3.2 将C-TRACK与C-TRACK主机用数据通讯电缆连接好。 2.3.3 将笔记本电脑与C-TRACK扫描设备连接。 2.3.4 将C-TRACK连接电源，打开C-TRACK主机预热半小时。 2.4 校准棒与校准球校准 2.4.1 双击VXELEMENTS进入扫描软件，单击菜单栏“配置-C-TRACK-校准”选项，首先要确认好C-TRACK的校准范围，然后单击开始。 2.4.2 在此过程中，根据提示来确保校准棒的方向还有高度跟距离，整个过程
都根据电脑上显示的位置和方向做为引导，一定要确保校准棒白色点在红色点的范围之内，使之重合变绿，同样的方法来校准另外三个不同的方向，16个位置，然后单击“优化”，校准完成。 2.4.3 将校准球摆放在C-TRACK的正前方2m处，用高度在60mm的小平台摆放，确保校准球上面的5个点都在C-TRACK的接收范围之内。 2.4.4 单击菜单栏“配置-扫描仪-校准”选项，单击开始。 2.4.5 先来校准扫描仪与校准球之间的距离，方法是把扫描仪垂直于校准球，然后按住扫描仪上的开关，使十字激光在校准球的中心位置，缓慢垂直的移动接近校准球，直到电脑上全部显示为深绿色才完成第一步。 2.4.6 接下来会显示要校准角度，同样是要垂直于校准球，使十字激光在校准球的中心位置，但是距离校准球的位置要看电脑显示正好是在它的接受范围（左侧条状计量器说明扫描头与被扫描物距离的远近）显示为绿色之内才可以，等待球中心显示为深绿色以后，慢慢的转动扫描仪的角度，使球的45度位置也正好变为深绿色，同样有4个位置需要校准，完成后单击接收按钮。 2.4.7 确定校准在设备接受的精度范围之内。 2.5 扫描 2.5.1 静态扫描（小件扫描）。 2.5.2 需要扫描的工件摆放在C-TRACK能接收到的范围，最好是在C-TRACK正前方2m-3m处。 2.5.3 根据需要来调整扫描参数，单击应用。 2.5.4 单击菜单栏“扫描”，选择扫描面（点），要垂直于要扫描的面，（左侧条状计量器说明扫描头与被扫描物距离的远近）显示为绿色最好，完成后单击扫
三维激光扫描仪分类及原理 地面三维激光扫描技术的出现是以三维激光扫描仪的诞生为代表，有人称“三维激光扫描系统”是继GPS (Global Position System)技术以来测绘领域的又一次技术革命。三维激光扫描技术是一种先进的全自动高精度立体扫描技术，又称为“实景复制技术”，是继GPS空间定位技术后的又一项测绘技术革新，将使测绘数据的获取方法、服务能力与水平、数据处理方法等进入新的发展阶段。传统的大地测量方法，如三角测量方法，GPS测量都是基于点的测量，而三维激光扫描是基于面的数据采集方式。三维激光扫描获得的原始数据为点云数据。点云数据是大量扫描离散点的结合。三维激光扫描的主要特点是实时性、主动性、适应性好。三维激光扫描数据经过简单的处理就可以直接使用，无需复杂的费时费力的数据后处理；且无需和被测物体接触，可以在很多复杂环境下应用；并且可以和GPS等集合起来实现更强、更多的应用。三维激光扫描技术作为目前发展迅猛的新技术，必定会在诸多领域得到更深入和广泛的应用。 对空间信息进行可视化表达，即进行三维建模，通常有两类方法：基于图像的方法和基于几何的方法。基于图像的方法是通过照片或图片来建立模型，其数据来源是数码相机。而基于几何的方法是利用三维激光扫描仪获取深度数据来建立三维模型，这种方法含有被测场景比较精确的几何信息。 三维激光扫描仪的分类： 三维激光扫描仪按照扫描平台的不同可以分为：机载(或星载)激光扫描系统、地面型激光扫描系统、便携式激光扫描系统。 三维激光扫描仪作为现今时效性最强的三维数据获取工具可以划分为不同的类型。通常情况下按照三维激光扫描仪的有效扫描距离进行分类，可分为：（1）短距离激光扫描仪：其最长扫描距离不超过3m，一般最佳扫描距离为0. 6～1. 2 m，通常这类扫描仪适合用于小型模具的量测，不仅扫描速度快且精度较高，可以多达三十万个点精度至±0.018 mm。例如:美能达公司出品的VIVID 910高精度三维激光扫描仪，手持式三维数据扫描仪FastScan等等，都属于这类扫描仪。 （2）中距离激光扫描仪：最长扫描距离小于30 m的三维激光扫描仪属于中距离三维激光扫描仪，其多用于大型模具或室内空间的测量。