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1、5-3 5-3 三维激光扫描测量技术三维激光扫描测量技术一、一、基本原理基本原理二、二、三维激光扫描系统三维激光扫描系统三、三、三维激光扫描数据三维激光扫描数据四、四、三维激光扫描测量技术的应用三维激光扫描测量技术的应用一、一、基本原理基本原理XYzPPs如何得出每个采样点的三维坐标？测点空间三维坐如何得出每个采样点的三维坐标？测点空间三维坐标所在的空间坐标系是如何建立的？标所在的空间坐标系是如何建立的？基于脉冲飞行时间差测基于脉冲飞行时间差测距的原理距的原理基于相位差测距的原理基于相位差测距的原理 基于激光三角形的原理基于激光三角形的原理 基于脉冲飞行时间差测距的原理基于脉冲飞行时间差测距的
2、原理激光二极管激光二极管激光脉冲发生器激光脉冲发生器周周期期的的驱驱动动反反射射棱棱镜镜接接收收器器物体 尖脉冲激光波尖脉冲激光波从扫描中心至被测目标点的距离从扫描中心至被测目标点的距离S为为：从扫描中心至被测目标点的距离从扫描中心至被测目标点的距离S为为：扫扫描描仪仪物物体体S基于相位差测距的原理数据模型基于相位差测距的原理数据模型 此类系统将发射光波的光强调制成此类系统将发射光波的光强调制成正弦波正弦波的形的形式，通过检测调幅光波发射和接收的相位移来获取式，通过检测调幅光波发射和接收的相位移来获取距离信息。距离信息。基于激光三角形测距的原理基于激光三角形测距的原理从扫描中心至被测从扫描中心
3、至被测目标点的距离目标点的距离S为：为：s二、三维激光扫描系统二、三维激光扫描系统三维激光扫描系统的构成三维激光扫描系统的构成主要仪器及类型介绍主要仪器及类型介绍三维激光扫描系统的构成三维激光扫描系统的构成系统根据承载平台分为：系统根据承载平台分为：固固定站式三维激光扫描系统、车定站式三维激光扫描系统、车载三维激光扫描系统、机载三载三维激光扫描系统、机载三维激光扫描系统维激光扫描系统固定站式三维激光扫描系统固定站式三维激光扫描系统HDS3000组成部分图示组成部分图示机载激光扫描测量系统的构成机载激光扫描测量系统的构成 机载激光扫描测量系统测量距离比较远，一般基机载激光扫描测量系统测量距离比较
4、远，一般基于脉冲飞行时间的测距原理。由多源传感器集成，于脉冲飞行时间的测距原理。由多源传感器集成，一般包括：一般包括：a)CCD b)Laser Scanner c)GPS d)INS/POS 获取空间三维数据和纹理获取空间三维数据和纹理数据设备数据设备定位设备定位设备车载激光扫描测量系统的构成车载激光扫描测量系统的构成 车载激光扫描测量系统一般由数据获取设备车载激光扫描测量系统一般由数据获取设备CCD、三维激光扫描仪和定位设备三维激光扫描仪和定位设备DGPS/INS/Odometer组成。下图为东京大学研究的车载激光扫描系统组组成。下图为东京大学研究的车载激光扫描系统组成图。成图。三维激光扫
5、描仪的性能指标三维激光扫描仪的性能指标 测距精度、测距范围、数据采样率、最小点测距精度、测距范围、数据采样率、最小点间距、点位精度、模型化点定位精度、激光点大间距、点位精度、模型化点定位精度、激光点大小、扫描视场、激光等级、激光波长等小、扫描视场、激光等级、激光波长等 主要仪器及类型介绍主要仪器及类型介绍主要仪器及类型介绍主要仪器及类型介绍HDS3000HDS6000HDS4500ScanStation2 Leica公司产品公司产品Rigel公司产品公司产品LMSZ420i LMSQ560 LMSQ120 ILRIS-3DOptech公司产品公司产品VIVID910VIVID9iKonica
6、Minolta公司产品公司产品三、三维激光扫描数据三、三维激光扫描数据数据采集数据采集数据存储信息数据存储信息数据存储方式数据存储方式数据处理流程数据处理流程数据采集数据采集整体分析、设计整体分析、设计 扫描数据之前，一定要先对扫描对象的结构、形状、大小、周扫描数据之前，一定要先对扫描对象的结构、形状、大小、周围环境等进行分析，对扫描数据工作进行整体的分析、设计，围环境等进行分析，对扫描数据工作进行整体的分析、设计，设计后要求根据精度、速度、现场环境等因素综合考虑，选择设计后要求根据精度、速度、现场环境等因素综合考虑，选择合适的三维激光扫描仪，有明确的扫描步骤等。合适的三维激光扫描仪，有明确的
7、扫描步骤等。测站的选取测站的选取 测站的过多过少都不合理，一般原则是保证扫描精度的前提下，测站的过多过少都不合理，一般原则是保证扫描精度的前提下，用尽可能少的视点覆盖整个所有需要扫描的场景。选好后，对用尽可能少的视点覆盖整个所有需要扫描的场景。选好后，对视点进行编号，并尽可能按照编号顺序进行扫描。视点进行编号，并尽可能按照编号顺序进行扫描。标靶点的布设标靶点的布设 为了提高重建的精度和速度，需要在场景中放置标靶点，在两为了提高重建的精度和速度，需要在场景中放置标靶点，在两个不同测站上，应至少三个公共标靶点，且不应位于一条直线个不同测站上，应至少三个公共标靶点，且不应位于一条直线上；如果四个标靶
8、点，则它们不应位于同一平面上。上；如果四个标靶点，则它们不应位于同一平面上。数据存储信息数据存储信息距距离离影影像像点点云云数据存储方式数据存储方式数据在内存中一般以数据库或文件的形式存储、管理数据在内存中一般以数据库或文件的形式存储、管理XYZ（TXT）格式文件：以文本的方式存储，每行顺序）格式文件：以文本的方式存储，每行顺序存储单点的存储单点的X，Y，Z坐标值，有多少个点就有多少行数坐标值，有多少个点就有多少行数据据.PTX格式文件：格式文件：数据处理流程数据处理流程不同的应用对象、不同点云数据的特性，数据处理的过程和不同的应用对象、不同点云数据的特性，数据处理的过程和方法也不尽相同。概括
9、的讲，整个数据处理过程包括：方法也不尽相同。概括的讲，整个数据处理过程包括：数据采集数据采集 数据预处理数据预处理 几何模型重建几何模型重建 模型可视化模型可视化 数据采集是模型重建的前提。数据采集是模型重建的前提。数据预处理为模型重建提供可靠精选的点云数据，降低数据预处理为模型重建提供可靠精选的点云数据，降低模型重建的复杂度，提高模型重构的精确度和速度。模型重建的复杂度，提高模型重构的精确度和速度。总结现有相关文献，数据预处理阶段涉及的内容有点云总结现有相关文献，数据预处理阶段涉及的内容有点云数据的滤波、点云数据的平滑、点云数据的缩减、点云数据的滤波、点云数据的平滑、点云数据的缩减、点云数据
10、的分割、不同站点扫描数据的配准及融合等数据的分割、不同站点扫描数据的配准及融合等。模型重建阶段涉及的内容有三维模型的重建、模型重建模型重建阶段涉及的内容有三维模型的重建、模型重建后的平滑、残缺数据的处理、模型简化和纹理映射等。后的平滑、残缺数据的处理、模型简化和纹理映射等。实际应用中，应根据三维激光扫描数据的特点及建模需实际应用中，应根据三维激光扫描数据的特点及建模需求，选用相应的数据处理策略和方法。求，选用相应的数据处理策略和方法。四、三维激光扫描测量技术的应用四、三维激光扫描测量技术的应用在测绘领域中的应用分析在测绘领域中的应用分析在其它行业中的应用在其它行业中的应用文化遗产的精密数字化保
11、文化遗产的精密数字化保护与重建护与重建制造业制造业医学领域医学领域 国防国防电脑游戏业电脑游戏业 电影特技制作电影特技制作 网络应用网络应用 城市设计规划与管理城市设计规划与管理三维激光扫描测量技术在测绘领域的应用分析三维激光扫描测量技术在测绘领域的应用分析研究热点研究热点机载激光扫描系统机载激光扫描系统车载激光扫描系统车载激光扫描系统固定站式激光扫描系统固定站式激光扫描系统在工程、环境检测和城市建设方面等均有成功的在工程、环境检测和城市建设方面等均有成功的应用实例，如断面三维测绘、绘制大比例地形图、应用实例，如断面三维测绘、绘制大比例地形图、制作正射影像图、灾害评估、建立制作正射影像图、灾害
12、评估、建立3D城市模型等。城市模型等。主要用于城市三维重建和局部区域地理信息获取。主要用于城市三维重建和局部区域地理信息获取。断面测绘精密变形观测DTMDTMDSMDSMmapmap绘制大比例尺地形图洛山矶的数字城市模型洛山矶的数字城市模型在测绘领域的应用实例在测绘领域的应用实例哥伦比亚大学的哥伦比亚大学的Peter Allen Peter Allen 的做的圣皮埃尔大教堂模型的做的圣皮埃尔大教堂模型 文物考古领域文物考古领域医学领域医学领域电脑游戏业电脑游戏业游戏游戏Final Fantasy XFinal Fantasy X的主人公的主人公 电影特技电影最终幻想的虚拟人物 在其它行业中的应用实例在其它行业中的应用实例小结小结三维激光扫描测量技术的出现和发展为空间三维三维激光扫描测量技术的出现和发展为空间三维信息的获取提供了全新的技术手段，它克服了传信息的获取提供了全新的技术手段，它克服了传统测量技术的局限性。统测量技术的局限性。三维激光扫描仪越来越多地用于获取被测物体表三维激光扫描仪越来越多地用于获取被测物体表面的空间三维信息，其应用领域日益广泛，逐步面的空间三维信息，其应用领域日益广泛，逐步从科学研究发展到进入了人们日常生活的领域。从科学研究发展到进入了人们日常生活的领域。