下载文档原格式
如何利用三维激光扫描仪进行精密测绘近年来，随着科技的不断进步，三维激光扫描仪的技术也得到了突破性的发展。
这项技术可以快速、精确地获取物体表面的三维数据，并可广泛应用于建筑设计、文物保护、城市规划等领域。
本文将探讨如何利用三维激光扫描仪进行精密测绘。
首先，我们需要了解三维激光扫描仪的原理。
三维激光扫描仪通过向物体表面发射激光束，并记录激光束反射回来所需的时间和强度，来确定物体表面的几何形状和纹理信息。
这种非接触式的测绘方法不仅能够快速获得数据，还能够实现高精度的测量。
在进行实际测绘之前，我们需要进行一系列的准备工作。
首先，要选择一个适当的场地进行测绘，最好是一个开阔平坦的区域，以确保激光扫描仪能够全面地扫描到物体的各个角度。
其次，要确保目标物体表面干净无尘，以免影响激光的反射和测量精度。
最后，需要确认测量时的光照条件，避免阳光强烈时的照射干扰测量结果。
在进行实际测绘时，我们需要确定测量的范围和精度要求。
根据实际需求，我们可以选择不同的扫描设置，例如扫描密度和扫描范围等。
对于需要高精度的测绘项目，可以选择高密度扫描，以获得更加详细的数据。
而对于大范围的测绘项目，可以选择较低的扫描密度，以提高测绘效率。
在进行实际测量时，我们需要将三维激光扫描仪设置在合适的位置并校准仪器。
校准的目的是确保测量的准确性和精度。
校准时，可以利用参考物体进行比对，或者使用标定板进行定位。
校准完成后，我们可以开始进行实际的扫描工作。
在扫描过程中，我们需要将激光扫描仪逐渐移动到目标物体的不同位置，并通过远距离或近距离扫描来获得全面的数据。
扫描的同时，激光扫描仪会自动记录反射的激光数据，并将其转化为三维点云数据。
这些点云数据可以通过特定的软件进行处理和配准，以获得完整的三维模型。
在数据处理阶段，我们可以使用专业的三维建模软件对点云数据进行处理和重建。
首先，我们需要进行数据的配准和对齐，以保证数据的一致性和准确性。
接着，可以进行数据滤波和表面重建，以获得平滑的三维表面模型。
使用激光扫描进行三维测绘的技术指南激光扫描技术是一种高精度的三维测绘方法，广泛应用于建筑、城市规划、制造业等领域。
它通过激光雷达设备发射激光束，并测量其反射回来的时间和强度，以获取目标物体的三维坐标信息。
本文将为您介绍使用激光扫描进行三维测绘的技术指南，以帮助您了解该技术的基本原理和操作步骤。
一、激光扫描的基本原理激光扫描技术基于激光雷达原理，利用激光束的反射测量物体的距离。
激光器发射出的短脉冲激光束被物体表面反射后，通过接收器接收回来。
由于激光器和接收器之间有固定的时间延迟，用时差来计算激光束从发射到接收所经历的时间，再通过光速的恒定值计算出目标物体的距离。
通过旋转激光器和接收器的组合，可以实现对空间中各个点的扫描，进而构建出三维点云数据。
二、激光扫描的操作步骤1. 设定扫描参数在进行激光扫描之前，需要设定扫描参数，包括激光器的功率、扫描速度、点云密度等。
这些参数的选择应根据具体的测绘要求来确定，以保证测量精度和效率的平衡。
较高的激光功率和扫描速度可以提高测量效率，但可能降低精度，因此需要权衡考虑。
2. 安装设备并校准将激光雷达设备安装在合适的位置上，确保可以覆盖到待测区域。
接下来需要进行设备的校准，包括激光器的平面和垂直校准，以及扫描系统的旋转中心校准。
这些校正工作对于获取准确的测量结果至关重要，因此需要仔细进行。
3. 开始扫描启动激光扫描设备，开始进行数据采集。
设备会自动旋转进行扫描，并实时记录激光束掠过物体表面的反射信号。
在扫描过程中，需要尽量保持设备的稳定，以避免测量误差。
4. 数据处理与分析采集到的数据一般以点云的形式存在，需要进行后续的数据处理和分析。
常见的处理方法包括点云滤波、配准和拼接等。
点云滤波可以去除噪声和离群点，使后续处理更加准确。
配准将多次扫描的点云数据对齐，形成完整的三维模型。
拼接则将多个扫描区域的点云数据融合在一起。
5. 结果展示与应用处理完成后，可以将结果以图形或模型的形式展示出来。
三维激光扫描仪参数设置指南1. 前言嘿，朋友们！今天咱们来聊聊三维激光扫描仪，听起来高大上对吧？别担心，我们会把这个复杂的东西说得简单易懂。
就像喝水一样，轻轻松松就能搞定！那么，准备好了吗？咱们开始吧！2. 了解三维激光扫描仪2.1 什么是三维激光扫描仪？三维激光扫描仪就像你手里的“魔法相机”，它能瞬间把现实世界的三维数据记录下来。
你只需把它摆好，轻轻一按，咔嚓，整个场景都在它的“脑海”里了。
这就像你拍照一样，不过这个相机可不简单，能捕捉到更详细的深度信息，帮你生成超精准的三维模型。
2.2 用途有哪些？说到用途，那可是多得数不清！不管是建筑设计、文化遗产保护，还是工业测量，三维激光扫描仪都能派上大用场。
想象一下，在一个古老的寺庙里，扫描一下就能完美记录下所有细节，真是太酷了吧！而且，未来再复原的时候就方便多了，简直就是时间旅行者的必备良品！3. 参数设置的基本要领3.1 扫描模式的选择好啦，进入正题，咱们得开始调整参数了。
首先，要选择合适的扫描模式。
这里有几个常见的选择：快速模式、高清模式和室内/室外模式。
快速模式适合赶时间的朋友，反正结果也不要求太精细；高清模式呢，就像你的高清电视，细节满满，适合那些喜欢“看得仔细”的人。
室内和室外模式各有千秋，别搞混了哦！在室内扫描时，光线和反射会影响结果，得小心翼翼。
而室外就更要考虑天气情况，风一吹，数据可就飞了！3.2 分辨率与扫描范围接下来，咱们得聊聊分辨率和扫描范围。
这两个参数就像是给你的激光扫描仪穿衣服，得根据需求来选择。
分辨率越高，数据越细致，但扫描速度可能就会慢一些。
而扫描范围就像你拉开窗帘，看得越远，越能看到大千世界。
要是你只想扫描个小房间，范围就没必要设得太大，省电又省时间。
不过，记得适度哦，别像拿着放大镜看蚂蚁，哈哈！4. 实际操作小技巧4.1 数据存储与管理嘿，朋友们，数据存储也很重要！扫描完成后，数据会像一堆小星星，得好好管理。
建议你用外接硬盘，确保数据不丢失。
使用激光扫描仪进行三维测绘的步骤激光扫描仪作为一种高精度的测绘设备，能够快速、准确地获取目标物体的三维数据。
在建筑、土木工程、文物保护等领域，激光扫描仪的应用得到了广泛的推广和应用。
本文将介绍使用激光扫描仪进行三维测绘的一般步骤，希望能给相关领域的从业人员提供一些参考。
第一步，准备工作使用激光扫描仪进行三维测绘需要做一些准备工作。
首先，需要确定测绘的目标物体，并对其进行彻底的了解。
这包括目标物体的大小、形状、结构等信息。
其次，需要选择合适的激光扫描仪和配套的软件。
激光扫描仪的选择要根据实际需要确定，包括测量范围、测量精度、扫描速度等。
软件的选择要根据激光扫描仪的品牌和型号来确定，以确保能够正常地处理扫描数据。
第二步，现场扫描现场扫描是使用激光扫描仪进行三维测绘的关键步骤。
在现场扫描之前，需要进行场地勘测，并确定扫描点的位置和数量。
扫描点的位置应该根据目标物体的形状、结构和尺寸来确定，以保证扫描结果的完整性和准确性。
在现场扫描过程中，应遵循激光扫描仪的操作规范，确保扫描数据的质量。
同时，需要注意现场环境的干扰，如光线、尘土等，以确保扫描结果的清晰度和准确性。
第三步，数据处理扫描完成后，需要对扫描数据进行处理。
首先，需要导入扫描数据到相应的软件中，然后进行数据配准。
数据配准是将多个扫描点云拼接成一个整体的过程，需要根据扫描数据的重叠区域进行匹配和调整。
在进行数据配准时，可以使用特定的算法和方法，如最小二乘法、特征匹配等。
数据配准完成后，可以对点云数据进行滤波处理，去除噪点和杂散数据，以提高数据的准确性和可视化效果。
此外，还可以进行数据重采样、平滑处理等，以满足实际需求。
第四步，模型重建数据处理完成后，可以根据需要对点云数据进行模型重建。
模型重建是将点云数据转化为三维模型的过程，可以使用不同的方法和技术，如曲面拟合、体素网格等。
在进行模型重建时，需要考虑目标物体的形状和结构，选择合适的重建算法和参数，以获得准确的三维模型。
如何使用三维激光扫描仪进行测量当今科技的发展使得三维激光扫描仪逐渐成为测量领域中的重要工具。
它能够迅速准确地捕捉物体的表面几何形状，并将数据以点云形式呈现。
然而，要熟练使用三维激光扫描仪进行测量，需要掌握一定的知识和技巧。
首先，了解激光扫描仪的工作原理是必要的。
三维激光扫描仪利用激光束对物体进行扫描，通过测量激光束从发射出去到被接受回来所消耗的时间，计算出物体表面的距离。
然后，激光扫描仪会根据一定的扫描模式对物体进行扫描，从而获取物体的三维坐标信息。
这样，我们就可以获取到物体表面的点云数据。
在实际操作中，首先需要调整激光扫描仪的参数。
不同的扫描场景和要求会有不同的参数设置，比如扫描角度、扫描速度和分辨率等。
合理的参数设置可以提高扫描效果和数据质量。
接下来，我们需要以合适的姿态将激光扫描仪对准目标物体。
通常，需要从不同的角度和位置进行扫描，以获取更完整的点云数据。
在扫描过程中要保持相对稳定的姿态，避免晃动和遮挡，以免影响扫描效果。
在扫描完成后，得到的点云数据还需要进行后处理。
后处理包括对点云进行滤波和网格化处理等。
滤波可以去除扫描中的噪点，提高数据的准确性和可靠性。
网格化处理可以将点云数据转换为三维模型，便于后续的分析和应用。
在使用三维激光扫描仪进行测量时，也需要注意一些问题和技巧。
首先，避免扫描场景中的过度反射和过度吸收。
过度反射会导致激光束被反射得过强，产生干扰和误差；过度吸收则会导致激光束无法传入，无法正常进行扫描。
同时，还要注意避免扫描镜头被灰尘或物体遮挡，以免影响扫描质量。
此外，对于大型物体的测量，可能需要使用多台激光扫描仪进行联合扫描。
通过同时扫描不同角度和位置的数据，可以获得更全面、更准确的测量结果。
在进行联合扫描时，需要确保多台激光扫描仪之间的数据同步和坐标对齐，以获得一致的点云数据。
总之，三维激光扫描仪在测量领域中具有广泛的应用前景。
熟练掌握其使用方法和技巧，可以对物体进行准确快速的测量和建模，为科研、设计和制造等领域提供强有力的支持。
三维扫描仪精度测试方法一.测试原理使用被评价的三维扫描仪对标准样件(见附录A)进行三维扫描获得三维扫描数据；对三维扫描数据和真值进行偏差分析，从几何尺寸偏差和3D偏差两个层面评价三维扫描仪的扫描精度。
二.测试特性1、几何尺寸偏差分析用三坐标测量机对标准样件进行测量得到真值;用三维扫描仪扫描标准样件得到三维扫描数据；对三维扫描数据的几何尺寸进行测量，并计算测量值与真值的偏差，即为几何尺寸偏差。
2、3D偏差分析经三坐标测量机对标准样件加工精度进行确认后，以标准样件的三维设计数据作为3D偏差分析的真值，并与标准样件的三维扫描数据进行3D偏差分析，得到平均距离、均方根误差。
三.测试数学模型平均值衡量正确度，见式(1);标准差衡量精密度，见式(2)；均方根误差衡量形态精度，见式(3)。
注1：正确度对应多次测量结果中，几何尺寸偏差的平均值以及3D偏差分析中平均距离的平均值。
注2：精密度对应多次测量结果中，几何尺寸偏差的标准差以及3D 偏差 分析中平均距离的标准差。
注3：形态精度对应多次测量结果中,3D 偏差分析中均方根误差平均值。
(1) 平均值衡量正确度公式：%=y n X 、(2) 标准差衡量精密度公式:(3) 均方根误差衡量形态精度公式:/ Vn (xj —Xi_ac t u ai)2 勺乙i=o- 式中:Xj ------- 测量值，单位为毫米(mm);^i-actual ----------------------- 真实值，单位为毫米(mm);n ----- 测量次数，不少于10次；% ——平均值，单位为毫米(価); RMSe =S ——标准差，单位为毫米(nun);RMSe ——均方根误差，单位为毫米(mm)。
四.测试步骤1、制备特定的标准样件，见附录A。
2、使用三坐标测量机对标准样件进行测量得到其几何尺寸真值，并对加工精度进行确认。
3、用待评价的三维扫描仪直接扫描标准样件得到三维扫描数据。
4、将三维扫描数据进行几何尺寸测量，并与真值对比，得到几何尺寸偏差。
三维激光扫描仪分辨率的测试方法
发表时间：2018-12-05T14:12:25.473Z 来源：《建筑学研究前沿》2018年第24期作者：王靖
[导读] 本文主要对三维激光扫描仪分辨率的测试方法进行分析探讨。
艾默生过程管理（天津）阀门有限公司天津市 301700
摘要：三维激光扫描技术是一门新兴的空间三维信息获取技术，是测绘领域继GPS技术后的又一次技术革命，是当前该领域研究的热点之一。
它突破了传统的单点测量模式，可以快速、准确、无接触地获取目标表面的海量三维信息，实现了实物的数字化，因而又被称为实景复制技术。
随着扫描仪技术的日趋成熟，尚缺少与便携式激光扫描仪分辨率指标相关的国际或国家标准出台。
基于此，本文主要对三维激光扫描仪分辨率的测试方法进行分析探讨。
关键词：三维激光扫描仪；分辨率；测试方法
1、前言
三维激光扫描仪是目前三维空间信息获取中最先进的仪器，但商业三维激光扫描仪价格昂贵，限制了其广泛应用。
随着扫描仪技术的日趋成熟，尚缺少与便携式激光扫描仪分辨率指标相关的国际或国家标准出台。
国内外对分辨率的研究主要倾向于对分辨率影响因素的研究。
如通过对比不同种类扫描仪测试结果来分辨扫描仪分辨率优劣，分析扫描仪扫描距离和角度对扫描仪分辨率的影响，以及利用计算公式来计算一定面积上点云的密度与扫描仪分辨率间的关系。
但通过研究扫描仪分辨率的影响因素，仍不能给出一个简单、直观、可操作的仪器使用判别方法。
本文在进行大量试验的基础上，借助科学的统计方法，给出了一种可行的方案。
2、测试方法
2.1三维扫描仪的结构原理
便携式的激光扫描仪扫描系统主要由扫描仪、控制器和电源供应系统三部分组成。
激光扫描仪本身主要包括激光测距系统和激光扫描系统，同时，也集成了CCD以及仪器内部控制和校正等系统。
三维激光扫描仪所采用的最基本的方法有飞行时间法（timeofflying，ToF）和三角测量法。
飞行时间法利用激光发射到接收之间的时间延迟来计算距离。
但由于光波的飞行速度达3×108m/s，为达到较高的距离测量精度，对于定时系统的时间分辨率有特别高的要求，较难在技术上得到实现。
三角测量法则以传统的三角测量为基础。
由于三维面型对结构照明光束产生的空间调制改变了成像光束的角度，即改变了成像光点在接收装置阵列上的位置，因此通过对成像光点位置以及系统光路的几何参数的确定，可最终计算出扫描对象与激光发射器的距离。
因此，近年来激光三维技术的发展主要在于三角测量法的更新。
单独的三角测量方式要求投影光轴和成像光轴之间保持恒定的夹角，且必须附加一维或二维的相对扫描来获取目标点的三维数据。
HandyscanEXAscan等扫描仪大多采用双三角测量方式来解决单三角测量系统带来的弊端。
2.2测试技巧
分辨率是一个笼统的概念，泛指测量或显示系统对目标物细节的分辨能力，较高的分辨率可以更好地体现目标物的细节。
在不同的领域，分辨率的标准也不同。
通常情况下，分辨率指每英寸（1英寸=25．4mm）上可产生的点数或像素点数，即每英寸点（dotsperinch，DPI）。
对于光学设备，特别是三维扫描仪设备，分辨率就是对细节分辨能力的一种度量，即扫描仪能够区分的最小特征参数，也是描述点云中目标细微程度的指标。
与平面输入输出设备的数据不同，三维扫描的数据属于矢量化的数据，尽管文献中提出使用点云密度的方法来衡量分辨率，但实际操作起来还是具有一定的难度。
在此，取相邻点与点之间的空间距离作为扫描仪的分辨率的指标。
鉴定扫描仪分辨率的最重要的工作就是数据的处理工作。
当三维扫描仪工作时，CCD摄像头拾取扫描对象的过程即拍照的过程。
依据其工作原理，在选取样本时，通常要考虑选取点云分布近似经纬方向的最近的两点之间的空间距离，而对于对角方向的距离则不予考虑。
由于点云的数据量庞大，无法逐一检查，因此通常采用随机抽样的方式。
手持式三维激光扫描仪的分辨率的鉴定流程如下。
①连接扫描仪至计算机，做好扫描的前期工作。
②获取测试数据。
分辨率等级受制于容积框的大小，一定的容积框大小又有三个分辨率级别可选，由低到高依次是L、M、H三个等级。
在此基础上，还有高倍镜模式（如L+、M+、H+），就是在原有的扫描模式下将分辨率水平提高4倍。
将容积框的大小设定为最小（最小只能到100mm），在分辨率级别最高的情况下，名义最高分辨率可达0．20mm，开高倍镜则最高分辨率可达0．05mm。
③导入扫描数据至GeomagicQualify，获取样本。
对于大数量的母体，要估计母体置信区间，通常选取大子样作为样本。
根据实际经验，一般认为n≥45的子样是大子样。
④建立分析模型，处理样本数据。
⑤根据分析结果生成分辨率数据模型，判定分辨率水平。
3、测试试验
加拿大Creaform公司生产的HandyscanEXAscan高精度系列扫描仪是一种高精度的手持式自定位三维激光扫描仪。
它在两个普通的CCD镜头的基础上又增加了一个CCD镜头，使扫描仪的最大分辨率在原来的基础上增加了4倍，这极大地丰富了被扫描对象的细节。
Handyscan3D扫描仪采用的是自定位模式。
在扫描过程中，扫描仪会实时捕捉目标点，进而计算和记录其各自相对于扫描仪的位置。
这些目标点会对扫描物体进行定位，定位后即可通过Handyscan3D扫描仪采集物体表面的三维尺寸数据。
Handyscan3D扫描仪的定位原理是利用不在同一直线上的四个点来确定一个三维坐标系，这样在扫描前或扫描过程中，扫描仪只要能同时捕捉到合适的四个点，就能确定这四个点所组成的坐标系区域采样点的坐标值。
而所有的定位点又互有联系，故所有的小坐标系就可以统一成一个拥有共同坐标系的空间，采样点的坐标也会随之转化为公共坐标的坐标值。
因此，采集信息之前需要对目标进行贴点标记。
这种扫描特性的优点在于被扫描物体可以是运动的、空间位置是自由的。
测试Handyscan扫描仪的分辨率等级，必要时需要开启第三个CCD镜头，这对于计算机硬件配置有很高的要求。
本次试验使用的是HPZ800图形工作站。
工作站的主要配置为：2个英特尔至强四核处理器X5570、12GB内存（DDR3-1333MHEECC）和
3DNVIDIAQuadroFX5800专业显卡。
扫描仪的扫描对象是标准块。
打开VXSCAN扫描软件（仪器自带驱动程序）设定面细节。
设定内容包括设定容积框的大小和分辨率的级别。
扫描试验获取的样本数据涵盖了容积框边长分别为100mm、300mm、500mm、700mm、900mm、1000mm在L、M、H和H+四种等级模式下的扫描数据。
4、分辨率模型建立
分辨率线性模型表达式为：
D=C0+C1L100＜L＜1000（1）
式中：D为实际分辨率大小，mm；L为设定的容积框边长，mm。
试验数据的分析结果表明，扫描不同部位对分辨率的影响是显著的。
为了对分辨率有一个更直观的了解，在这里采用加权平均法，即根据被扫描对象的特征估算曲面部位与平面部位所占的比例给予不同的权值。
以加权后的结果拟合，既大大简化模型、提高效率，又具有一定的可信度。
标准块表面曲面处约占总面积的20%、平面处约占80%，故可取加权值分别为0．2和0．8。
该数据模型的拟合度均超过0．979，F值的显著水平也都接近于0，回归方程具有统计学意义。
5、结束语
从实用角度看，H+级分辨率（最高）扫描时对计算机配置要求较高，难以实现便携的要求。
通过扫描标准块、获取点云模型数据后，应用GeomagicQualify软件处理、分析并建立模型，以判别三维扫描仪的分辨率水平，是一种切实可行的分辨率测试方法。
该方法对于了解、认证扫描仪的分辨率具有重要的指导意义。
参考文献
[1]张达，余乐文，余斌，等.一种自适应分辨率的三维激光扫描测量方法[J].矿冶，2013，22（4）：1-4.
[2]陈凯，张达，张元生.采空区三维激光扫描点云数据处理方法[J].光学学报，2013，33（8）：0812003.。
