【CN109737890A】一种三维扫描装置、三维建模方法和三维扫描设备【专利】

- 1 - 三维激光扫描仪原理

三维激光扫描仪是一种复杂的精密仪器，它通过使用微小的激光来扫描周围的环境，以获取三维形状的点云或点数据。主要用于CAD模型创建、实物复制、质量检测等工业领域，也可用于头像扫描、数据获取和扫描生物组织、三维数据测量等工作。其主要原理是空间点的采集和测量，它利用激光精确的测量范围内的物体的形状和位置，并将其转换为数字信号，储存在计算机中，然后将实物转换成虚拟数字模型。

三维激光扫描仪的工作原理很简单，它的主要部件由激光发射器、探测器和控制系统等组成，它们可以将激光发射到指定的区域，并以指定的区域、步长和激励方式获取数据。

在运行过程中，激光发射器将激光发射到目标物体上，激光反射后将被探测器接收，然后计算物体表面的距离和法线，并由控制系统添加所有数据到点云中。另外，在采集点数据的过程中，它还可以收集物体表面的颜色和纹理。

以上就是三维激光扫描仪的工作原理，它是一种精确高效的测量仪器，可用于多种领域，比如虚拟现实、复制实物、特效模拟等，增强现实技术也正在发展。

如今，三维激光扫描仪的技术发展已经越来越快，已经比以往可以实现更高的测量精度和各种图像级别的收集，可以满足应用的需求，如实验室和工业生产现场的质量控制和测量应用。

此外，激光扫描仪的优势还在于可以提供一种精确的空间数据收 - 2 - 集方式，而且只要激光精度可以达到一定的标准，就可以实现高质量的空间数据收集。目前，基于空间点云数据的计算、渲染和处理技术正在发展和进步，已经可以实现高效、高精度的空间数据收集。

总之，三维激光扫描仪具有高度的精度、快速、灵活以及非常容易操作等优点，很多重大项目正在依赖它，如CAD图纸制作、工业设备制造等，它可以充分发挥自身的优势，大大提高工作效率，具有良好的应用前景。

三维扫描仪(3D scanner) 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。但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。

目录

1定义

2三维扫描仪分类与功能

三维扫描仪功能

拍照式三维扫描仪

3测量方法分类

1定义

三维扫描仪(3D scanner) 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。但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。

2三维扫描仪分类与功能

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

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，亦即所谓的材质印射（texture

三维激光扫描的技术标准

一、引言

三维激光扫描技术是一种用于获取物体表面三维形状信息的先进技术，已被广泛应用于制造业、建筑业、文物保护、地质勘探等领域。本标准的目的是为了规范三维激光扫描技术的应用和产品质量，促进该技术的进步与发展。

二、术语和定义

2.1 三维激光扫描：利用激光束对物体进行扫描，通过采集激光点云数据来获取物体的三维形状和表面信息。

2.2 激光扫描仪：用于进行三维激光扫描的仪器设备，包括激光发射器、接收器、控制系统等部分。

2.3 点云数据：由激光扫描仪采集得到的一系列三维点坐标数据，用于表示物体表面的形状和结构。

2.4 多视角扫描：采用多个角度对同一物体进行激光扫描，以获取更全面的三维信息。

三、技术要求

3.1 激光扫描仪应具备高精度和高速度的扫描能力，能够在较短时间内获取物体表面的大量点云数据。

3.2 激光扫描仪应具备优良的抗干扰能力，能够在复杂环境下稳定进行扫描，并保证数据的准确性和完整性。

3.3 点云数据应具备一定的密度和分辨率，能够准确地反映物体的细节和曲面特征。

3.4 扫描系统应支持多视角扫描功能，以满足对物体全方位、多角度的三维建模需求。

四、质量控制

4.1 激光扫描仪应符合国家相关的技术标准和认证要求，保证其设计和制造质量达到规定标准。

4.2 点云数据应进行严格的质量评估和校正，排除误差点和采集漏洞，确保数据的准确性和可靠性。 4.3 在进行多视角扫描时，应采用合适的数据融合算法，确保各个视角的数据能够无缝衔接，形成完整的三维模型。

五、安全和环保要求

5.1 激光扫描仪应符合国家相关的安全标准和规定，保证其在工作过程中不对操作人员和环境造成危害。

5.2 激光扫描仪在设计和制造过程中应考虑能耗和材料的可持续性，尽量减少对环境的影响。

移动式三维激光扫描原理

移动式三维激光扫描是一种用于获取物体表面三维几何信息的技术，其工作原理如下：

1.激光发射：移动式三维激光扫描系统会通过激光发射器发射一束激光束。这束激光束具有特定的波长和功率。

2.激光照射：激光束照射到待扫描的物体表面上。当激光束照射到物体表面时，会与物体表面交互作用。

3.光反射：激光束照射到物体表面后，一部分激光会被物体表面反射回来。

4.接收器接收：移动式三维激光扫描系统中的接收器会接收到被物体表面反射回来的激光。

5.时间测量：接收到反射回来的激光后，系统会通过测量激光的飞行时间来计算从激光发射到激光接收的时间差。这个时间差与激光在空间中的传播距离有关。

6.距离计算：通过已知激光的速度（光速）和测量的时间差，系统可以计算出激光从发射器到物体表面的距离。

7.扫描：移动式三维激光扫描系统会通过改变激光的发射方向或扫描设备的位置，对物体表面进行多个点的扫描。每个扫描点都会测量对应的距离。

8.数据处理：系统将测量到的距离数据与扫描点的位置信息结合起来，生成三维点云数据。这些点云数据可以用于重建物体表面的三维模型。 总结来说，移动式三维激光扫描通过发射激光、测量激光的飞行时间和计算距离，对待扫描物体表面进行多点扫描，最终生成物体的三维几何信息。这种扫描技术广泛应用于建筑、制造、文化遗产保护等领域。