三维激光扫描仪的分类与应用

浅谈三维激光扫描技术原理及应用摘要：三维激光扫描技术是—种新型的测绘技术，被称为“实景复制技术”。

本文介绍了三维激光扫描仪的系统分类、基本原理、技术特点，探讨了三维激光扫描技术的应用。

关键词：三维激光扫描技术工作原理技术特点应用1、引言近年来，随着工程测量服务领域的不断拓宽以及三维设计制造对测量精度的要求，传统的测量仪器如全站仪、断面仪等已不能满足高精度的三维坐标采集和“逆向工程”的需要。

相比这些传统的测量技术，三维激光扫描技术具有极大的技术优势，特别是在数据采集方面，具有高效、快捷、精确、简便等特点，被广泛的应用于各个领域。

2、三维激光扫描技术随着三维激光扫描仪在工程领域的广泛应用,这项国际上近期发展的高新技术已经引起了广大科研人员的关注。

这种技术采用非接触式高速激光测量方式，来获取地形或复杂物体的几何图形数据和影像数据，最终通过后处理软件对采集的点云数据和影像数据进行处理分析，转换成绝对坐标系中的三维空间位置坐标或者建立结构复杂、不规则场景的三维可视化模型，既省时又省力,同时点云还可输出多种不同的数据格式，做为空间数据库的数据源和满足不同应用的需要。

2.1 三维激光扫描系统组成整个系统通常由以下四部分组成：1)三维激光扫描仪；2）数码相机；3）后处理软件；4)电源以及附属设备。

如图1：图1 地面激光扫描仪系统组成与坐标系2.2 三维激光扫描仪的分类三维激光扫描仪按照扫描平台可以分为：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，按照其有效扫描距离可进行如下分类：(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0.6～1.2m，通常这类扫描仪适合用于小型模具的量测，扫描速度快且精度较高，可以多达三十万个点，精度至±0.018mm。

例如:美能达公司的VIVID 910，手持式三维数据扫描仪FastScan等，属于此类。

三维激光扫描分类及工作操作规范一、分类根据激光扫描设备的类型和应用领域，三维激光扫描可以分为以下几类：1.接触式扫描：使用机械测头或探针直接接触被测物体，进行点云数据采集。

2.无接触式扫描：利用激光器发射激光束，通过传感器记录物体表面的反射光，生成点云数据。

3.多方位扫描：利用多个扫描仪或激光头进行协同扫描，以提高扫描效率和准确性。

4.动态扫描：对于运动物体，可以采用高速摄像机拍摄快速运动过程中的物体姿态变化，再通过图像处理技术恢复三维形态。

为了保证三维激光扫描的效果和安全性，需要遵循以下操作规范：1.安装设备：根据厂家提供的操作手册，正确安装设备，保证设备的稳定性和垂直度。

2.准备工作：在进行扫描之前，需要清理被测物体表面，确保没有遮挡物，以减少扫描误差。

3.参数设置：根据被测物体的特点和要求，设置合适的扫描参数，包括扫描分辨率、扫描速度、扫描范围等。

4.扫描操作：在开始扫描之前，需要预先选择扫描路径和扫描区域，以保证全面且高效地获取物体数据。

5.预处理：对于扫描得到的原始点云数据，可以进行噪声去除、数据滤波等预处理操作，以提高数据质量和准确性。

6.数据合并：如果需要拼接多个扫描区域的数据，可以利用配准算法对原始数据进行配准和合并，生成完整的模型。

7.后处理：根据应用需要，对于点云数据可以进行模型重建、表面拟合、体积计算、特征提取等后处理操作，得到理想的三维模型。

8.数据存储与备份：将处理完的数据进行存储，并定期备份，以防止数据丢失和损坏。

9.作业环境：在进行扫描工作时，应确保作业环境光线充足，避免干扰激光扫描仪工作。

10.安全操作：在使用激光器时，注意防护眼睛，避免直接照射激光束，以免造成眼睛损伤。

以上是三维激光扫描的分类及工作操作规范。

在实际工作中，严格按照规范进行操作，不仅可以提高扫描的准确性和效率，还能保证人员的安全。

同时，根据具体应用领域的需求，可以针对性地进行操作规范的调整和补充。

三维激光扫描仪分类及原理三维激光扫描仪是一种可实现对物体进行非接触式三维测量的设备。

它利用激光测距原理，通过发送激光束并接收反射的激光束来测量目标物体的三维点云数据。

根据不同的工作原理和应用领域，可以将三维激光扫描仪分为以下几类。

1.结构光三维激光扫描仪结构光三维激光扫描仪是利用投射一系列具有特定空间编码的结构光条纹，通过测量物体表面上结构光的形变来实现三维测量。

具体工作原理是，通过投射特定编码的结构光，经过物体表面的反射后，利用相机来捕捉结构光图案，再通过图像处理和计算，可以重建出物体表面的三维点云数据。

结构光三维扫描技术具有测量速度快、分辨率高等优点，并广泛应用于工业测量、三维建模、虚拟现实等领域。

2.相位测量三维激光扫描仪相位测量三维激光扫描仪通过测量目标物体表面的激光束相位差，实现精确的三维测量。

具体工作原理是，激光器发射激光束，经过物体表面反射后，激光束的相位发生变化。

通过将激光束分为参考光和测试光，通过调整参考光的相位差，再通过相位差与测试光的相位差之间的比较，可以得到物体表面的相位差，从而获取物体表面的三维点云数据。

相位测量三维激光扫描仪具有测量精度高、测量范围大等优点，并广泛应用于制造业、建筑、文化遗产保护等领域。

3.时间飞行三维激光扫描仪时间飞行三维激光扫描仪是通过测量激光束从发射到接收的时间差来获得物体表面的三维信息。

具体工作原理是，激光器发射激光脉冲，经过物体表面反射后，再被接收器接收。

通过测量从发射到接收的时间差，再结合光的速度，可以计算出物体表面到激光扫描仪的距离，从而获取物体表面的三维点云数据。

时间飞行三维激光扫描仪具有测量范围大、适用于室外环境等特点，并广泛应用于土地测量、地形测量、建筑测量等领域。

4.轮廓扫描三维激光扫描仪轮廓扫描三维激光扫描仪是通过测量激光束在物体表面上的轮廓变化来实现三维测量的一种方式。

具体工作原理是，激光束在物体表面上进行扫描，通过检测激光束与物体表面的交点，从而获得物体表面的轮廓点云数据。

3D扫描仪的原理及应用1. 介绍3D扫描仪是一种能够获取物体表面信息并将其转化为三维模型的设备。

它通过激光、摄像头或其他传感器来捕捉物体的几何形状和纹理信息，然后将其转化为数字化的三维数据。

这种技术具有广泛的应用领域，包括工业设计、医疗、文化遗产保护等。

2. 原理3D扫描仪的工作原理主要分为三步：扫描、点云处理和三维重建。

2.1 扫描使用激光、结构光或其他传感器来扫描物体表面。

激光扫描仪利用激光束照射物体表面，并通过相机来记录激光点的位置。

结构光扫描仪则利用投射特殊光源的光斑在物体表面形成特定的纹理图案，并通过相机来记录图案的形变。

传感器等扫描设备会记录物体表面的各种信息。

2.2 点云处理将扫描得到的数据转化为点云。

点云是一种由大量离散点构成的数据结构，每个点都包含了物体表面的坐标信息。

点云处理的目标是去除噪音、滤波和对点云进行精细化处理。

2.3 三维重建将点云数据转化为三维模型。

三维重建的方法有很多种，包括基于体素的方法、基于曲面重建的方法等。

这些方法可以将点云数据转化为平滑的三维表面模型，以供后续应用使用。

3. 应用3D扫描仪具有广泛的应用领域，以下是常见的应用领域。

3.1 工业设计在工业设计中，3D扫描仪可以用来获取现有产品的几何形状和纹理信息，以便进行产品改进、模型重建和快速原型制作等工作。

它可以提高设计师的工作效率，并减少产品开发的时间和成本。

3.2 艺术品复制在艺术品复制领域，3D扫描仪可以用来获取艺术品的几何形状和纹理信息，然后通过三维打印技术来复制艺术品。

这种技术可以用来保存文化遗产，保护珍贵艺术品，并可以使更多的人享受到艺术品的乐趣。

3.3 医疗在医疗领域，3D扫描仪可以用来获取患者的身体部位的几何形状和纹理信息。

这种技术可以用于手术模拟、个性化医疗器械的设计制造以及假肢的制作等方面。

它能够提升医生的诊断和治疗效果，为患者提供更好的医疗体验。

3.4 文化遗产保护3D扫描仪可以用来对文化遗产进行数字化保护。

顾名思义，扫描仪就是用来对物体进行扫描的工具，通过扫描我们可以得到物体的成像。

但是其他产品和工具一样，扫描仪的种类也是多样的，并且不同种类的扫描仪特点和优势也各不相同。

今天我们就一起来了解一下在扫描领域比较先进的三维激光扫描仪。

下面将从不同类型的三维激光扫描仪有哪些特点和优势给大家进行简单的介绍。

三维激光扫描仪按照扫描成像方式的不同，激光扫描仪可分为一维(单点)扫描仪、二维(线列)扫描仪和三维(面列)扫描仪。

而按照不同工作原理来分类，可分为脉冲测距法（亦称时间差测量法）和三角测量法。

1、脉冲测距法：激光扫描仪由激光发射体向物体在时间t1发送一束激光，由于物体表面可以反射激光，所以扫描仪的接收器会在时间t2接收到反射激光。

由光速c，时间t1，t2算出扫描仪与物体之间的距离d=(t2-t1)c/2。

脉冲测距式3D激光扫描仪，其测量精度受到扫描仪系统准确地量测时间的限制。

当用该方式测量近距离物体的时候，由于时间太短，就会产生很大误差。

所以该方法比较适合测量远距离物体，如地形扫描，但是不适合于近景扫描。

2、三角测距法：用一束激光以某一角度聚焦在被测物体表面，然后从另一角度对物体表面上的激光光斑进行成像，物体表面激光照射点的位置高度不同，所接受散射或反射光线的角度也不同，用CCD （图像传感器）光电探测器测出光斑像的位置，就可以计算出主光线的角度θ。

然后结合己知激光光源与CCD 之间的基线长度d，经由三角形几何关系推求扫描仪与物体之间的距L≈dtanθ。

手持激光扫描仪通过上述的三角形测距法建构出3D图形：通过手持式设备，对待测物发射出激光光点或线性激光。

以两个或两个以上的侦测器测量待测物的表面到手持激光产品的距离，通常还需要借助特定参考点－通常是具黏性、可反射的贴片－用来当作三维扫描仪在空间中定位及校准使用。

这些扫描仪获得的数据，会被导入电脑中，并由软件转换成3D模型。

3、三角测量法的特点：结构简单、测量距离大、抗干扰、测量点小（几十微米）、测量准确度高。

三维激光扫描技术在建筑物中的应用随着科技的不断发展，三维激光扫描技术在建筑行业中得到了越来越广泛的应用。

三维激光扫描技术是一种高精度、高效率的数字化测量技术，通过激光束的扫描和测量，可以快速、精确地获取建筑物的三维数据。

这项技术可以帮助建筑师、设计师和工程师们更好地理解建筑物的实际情况，从而更好地进行设计、施工和维护工作。

本文将重点介绍三维激光扫描技术在建筑物中的应用情况，以及该技术的优势和发展趋势。

1. 建筑测量与建模：三维激光扫描技术可以快速、准确地获取建筑物的几何信息，包括建筑的形状、尺寸、轮廓等。

通过将激光扫描仪置于建筑物内部或外部，即可获取建筑的全貌信息。

这些信息可以用于建筑的测量和建模，帮助建筑师和设计师了解建筑物的实际情况，为设计和施工提供依据。

2. 现场勘测与变更管理：在建筑工地现场，三维激光扫描技术可以用于快速、精确地获取建筑物的实际情况，包括结构、管线、设备等。

这些信息可以用于现场勘测和变更管理，帮助工程师们更好地管理施工进度和质量。

3. 结构监测与维护：三维激光扫描技术可以用于建筑物的结构监测和维护。

通过周期性的激光扫描，可以及时发现建筑物的变形、裂缝、磨损等问题，有助于及时采取维护措施，保障建筑物的安全和稳定。

二、三维激光扫描技术的优势和发展趋势1. 高精度：三维激光扫描技术可以实现毫米级甚至亚毫米级的测量精度，远远超过传统测量方法，能够提供更加精确、真实的建筑信息。

2. 高效率：激光扫描仪可以在较短的时间内完成对建筑物的扫描，无需大量的人力和时间，大大提高了测量效率。

3. 全方位测量：激光扫描技术可以实现建筑物的全方位测量，不受建筑物复杂结构和环境的影响，能够获取全貌信息，为建筑测量提供了更多的可能性。

4. 信息丰富：激光扫描技术可以获取建筑物的几何信息、材质信息、颜色信息等，为建筑物的设计、施工和维护提供了更加丰富的数据支持。

5. 数字化管理：三维激光扫描技术可以将建筑物的数据数字化，实现信息的集成管理和共享，有利于建筑物的数字化设计、施工和运营管理。

三维激光扫描技术在文物保护中的应用摘要：三维激光扫描技术作为一种新兴的高科技扫描方法，既能还原出实物的原貌，又能对其进行数字化处理，获取准确的几何特征。

比如文物的长宽，特征点，颜色等，这样就可以很好的保留文物的信息，为以后的文物复原工作奠定坚实的理论和实践依据。

关键词：三维激光；扫描技术；保护1三维激光扫描技术1.1三维激光扫描技术三维激光扫描是一种新的扫描方法，由于其非接触、快速、主动的特点，已成为一种新型的扫描方法。

与全站仪等常规观测方法相比，三维激光雷达技术不仅打破了单点观测模式，还获得了空间数据中更多的点坐标、回波信号等信息。

三维激光扫描仪由激光发生器、接收器、时间计数器、电机控制旋转滤波器、控制电路板、微型计算机、CCD和相关软件组成。

3D激光扫描仪是一种基于激光三角扫描的扫描方法。

在它的工作过程中，一个横向激光束从一个发光的小孔中发射出来，扫描目标。

在此基础上，提出了一种新的基于光学原理的光学成像方法。

基于这种方法，该项目计划利用基于激光测距技术的点云与被测物体之间的距离数据，进而获取其在不同位置上的位置信息，进而对各点云进行三角变换，进而获取其3D位置信息。

利用该技术，可以实现物体的高精度、大范围、高精度地获得物体的3D几何信息。

1.2三维激光扫描仪分类首先航空激光雷达3D扫描主要用于点云的大规模远程采集。

经过激光点云处理，可以获得精确的数字高程模型、数字地表模型和地形级别的3D场景。

其中机载激光雷达三维扫描技术主要应用于中程点云采集，主要应用于城市三维建模、交通检测、高精度地图绘制等领域。

基础激光雷达技术主要用于中距离点云采集，主要应用于文物保护、变形监测、施工、大型结构设备建模等领域。

因此便携式激光三维扫描技术可以在短距离内获得高密度、小面积、高精度的点云，适用于文物艺术品建模、工业部件逆向设计、各部件质量检测、工业设计、人体等领域开发应运。

2三维激光扫描技术在文物保护中的优势在文化遗产日益受到关注的今天，新技术的应用也推动着文化遗产走向数字化。

三维激光扫描仪的使用教程及效果展示现如今，随着科技的不断进步与发展，我们生活的方方面面都得益于现代科技的蓬勃发展。

其中，三维激光扫描仪作为一种先进的测量工具，正在被广泛应用于各行业中。

本文将为您详细介绍三维激光扫描仪的使用教程，并通过实际案例展示其出色的效果。

一、三维激光扫描仪简介三维激光扫描仪是一种使用激光测距原理进行三维信息采集与处理的仪器。

它通过发射激光束来扫描物体表面，通过接收激光反射回来的信号来测量物体的位置与形状，从而实现对物体的全方位测量与重建。

相比传统的测量工具，三维激光扫描仪具有测量速度快、精度高、操作简便等优势，被广泛应用于建筑、工程、制造、文化遗产保护等领域。

二、三维激光扫描仪的使用教程1. 准备工作在使用三维激光扫描仪之前，首先需要进行一些准备工作。

确保仪器处于正常工作状态，检查扫描仪的设备连接，确保电源充足，以便正常进行扫描操作。

另外，还需选择合适的扫描场景与扫描模式，根据实际需求确定扫描范围与精度。

2. 扫描操作开始扫描之前，我们需要将三维激光扫描仪放置在固定位置，并确保其稳定。

接着，在扫描软件中设置扫描参数，例如分辨率、角度等。

然后，根据扫描仪的指示，将激光束对准目标物体进行扫描。

在扫描过程中，需保持稳定的手持，保持扫描过程的连贯性和准确性。

3. 数据处理与重建一旦扫描完成，我们可以将扫描的数据导入到计算机中进行进一步处理与重建。

主要的数据处理步骤包括点云配准、深度图像处理、三维模型生成等。

通过配准技术，可以将多次扫描的数据进行对齐，形成一个完整的三维模型。

根据实际需求，可以对三维模型进行编辑、修复、优化等操作，以得到更加精确的模型。

三、三维激光扫描仪的效果展示随着三维激光扫描仪的普及与应用，其出色的效果也逐渐展现出来。

下面将通过几个实际案例展示三维激光扫描仪的应用效果。

1. 建筑测量与设计三维激光扫描仪可以快速准确地获取建筑物的外部结构与内部空间信息，方便进行建筑测量与设计。

目前应用的三维激光扫描系统种类繁多，类型、工作领域不尽相同。

按照不同研究角度、工作原理可进行多种分类。

三维激光扫描系统从操作的空间位置可以划分为如下四类：（1）机载型激光扫描系统，这类系统在无人机或有人直升机上搭载,由激光扫描仪、成像装置、定位系统、飞行惯导系统、计算机及数据采集器、记录器、处理软件和电源构成，它可以在很短时间内取得大范围的三维地物数据。

（2）地面型激光扫描系统此种系统是一种利用激光脉冲对被测物体进行扫描,可以大面积、快速度、高精度、大密度的取得地物的三维形态及坐标的一种测量设备。

根据测量方式还可划分为两类一类是移动式激光扫描系统一类是固定式激光扫描系统。

所谓移动式激光扫描系统,是基于车载平台,由全球定位系统、惯性导航系统结合地面三维激光扫描系统组成。

固定式的激光扫系统,类似传统测量中的全站仪。

系统由激光扫描仪及控制系统、内置数码相机、后期处理软件等组成。

与全站仪不同之处在于固定式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。

其特点为扫描范围大、速度快、精度高、具有良好的野外操作性能.（3）手持型激光扫描仪此类设备多用于采集小型物体的三维数据,一般配以柔性机械臂使用。

优点是快速、简洁、精确。

适用于机械制造与开发、产品误差检测、影视动画制作与医学等众多领域。

（4）特殊场合应用的激光扫描仪,如洞穴中应用的激光扫描仪在特定非常危险或难以到达的环境中,如地下矿山隧道、溶洞洞穴、人工开凿的隧道等狭小、细长型空间范围内,三维激光扫描技术亦可以进行三维扫描。

三维激光扫描系统按照扫描仪的测距原理，又划分为如下三类：（1）使用脉冲测距技术。

其测距范围可达数百米，甚至上千米。

（2）基于相位测量原理。

主要用来进行中等距离的扫描测量,其扫描范围一般在米内,与采用脉冲测距原理的扫描设备相比,它的精度相对为高。

（3）基于光学的三角测量原理。

采用光学三角测量原理的扫描设备,一般工作距离较近,一般在数米数十米,主要应用于工程测量及逆向建模等工程中,可以达到很高的测量精度。