脈沖三維激光掃描儀工作原理

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1、脈沖三維激光掃描儀工作原理三維激光掃描技術(shù)是國(guó)際上近期發(fā)展的一項(xiàng)高新技術(shù)。隨著三維激光掃描儀在工程領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，這種技術(shù)己經(jīng)引起了廣大科研人員的關(guān)注。通過(guò)激光測(cè)距原理（包括脈沖激光和相位激光），瞬時(shí)測(cè)得空間三維坐標(biāo)值的測(cè)量?jī)x器，利用三維激光掃描技術(shù)獲取的空間點(diǎn)云數(shù)據(jù)可快速建立結(jié)構(gòu)復(fù)雜、不規(guī)則的場(chǎng)景的三維可視化模型，既省吋又省力,這種能力是現(xiàn)行的三維建模軟件所不可比擬的。分類按測(cè)量方式三維激光掃描儀可分為：基于脈沖式；基于相位差；基于三角測(cè)距原理。按用途可分為為室內(nèi)型和室外型。也就是長(zhǎng)距離和短距離的不同。按生產(chǎn)廠家不同可分為：Surphaser（美國(guó)），l?site（澳大利亞map

2、tek）,riegl,彳來(lái)卡，天寶，optect,拓普康，faro等產(chǎn)家圖1：彳來(lái)卡基于脈沖式三維激光掃描儀工作原理目前，大多數(shù)激光掃描儀所采用的工作方式是脈沖激光測(cè)距的方法，采用無(wú)接觸式高速激光測(cè)量，以點(diǎn)云的形式獲取掃描物體表面陣列式兒何圖形的三維數(shù)據(jù)。該類儀器主要包括激光測(cè)距系統(tǒng)、掃描系統(tǒng)和支架系統(tǒng)，同時(shí)集成數(shù)字?jǐn)z影和儀器內(nèi)部校正等系統(tǒng)。三維激光掃描儀基于激光的單色性、方向性、相干性和高亮度等特性，在注重測(cè)量速度和操作簡(jiǎn)便的同時(shí)，保證了測(cè)量的綜合精度，其測(cè)量原理主要分為測(cè)距、測(cè)角、掃描、定向四個(gè)方面。脈沖測(cè)距原理脈沖測(cè)距法是通過(guò)測(cè)量發(fā)射和接收激光脈沖信號(hào)的時(shí)間差來(lái)間接獲得被測(cè)目

3、標(biāo)的距離。如圖2所示，激光發(fā)射器向目標(biāo)發(fā)射一朿脈沖信號(hào)，經(jīng)目標(biāo)漫反射后到達(dá)接收系統(tǒng)，設(shè)測(cè)量距離為S,光速為c,測(cè)得激光信號(hào)往返傳播的時(shí)間差為At,則有：C△t從式中可以看出，影響距離精度的因素主要有C和At,而的精度主要由大氣折射率所決定,目前n的精度很高，對(duì)測(cè)距影響很小；At的確定可通過(guò)前沿判別，高通容阻判別，恒比值判別或全波形檢測(cè)技術(shù)等方法，保證測(cè)定精度。脈沖法的測(cè)量距離較遠(yuǎn)，但是其測(cè)距精度較低，現(xiàn)在大多數(shù)三維激光掃描儀采用脈沖式。1￡收簽圖2脈沖激光測(cè)距原理測(cè)角原理區(qū)別于常規(guī)儀器的度盤測(cè)角方式，激光掃描儀通過(guò)改變激光光路獲得掃描角度。把兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)和掃描棱鏡安裝在一起，分別實(shí)

4、現(xiàn)水平和垂直方向掃描。步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成角位移的控制微電機(jī)，它可以實(shí)現(xiàn)對(duì)激光掃描儀的精確定位。在掃描儀工作的過(guò)程中，通過(guò)步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分控制技術(shù)，獲得穩(wěn)步、精確的步距角&2n0=Nrmb式中，Nr是電機(jī)的轉(zhuǎn)子齒數(shù)是電機(jī)的相數(shù),b是各種連接繞組的線路狀態(tài)數(shù)及運(yùn)行拍數(shù)。在得到0的基礎(chǔ)上，可得掃描棱鏡轉(zhuǎn)過(guò)的角度值，再通過(guò)精密時(shí)鐘控制編碼器同步測(cè)量，便可得每個(gè)激光脈沖橫向、縱向掃描角度觀測(cè)值為ci、0掃描原理三維激光掃描儀通過(guò)內(nèi)置伺服驅(qū)動(dòng)馬達(dá)系統(tǒng)精密控制多面掃描棱鏡的轉(zhuǎn)動(dòng)，決定激光束出射方向，從而使脈沖激光束沿橫軸方向和縱軸方向快速掃描。目前，掃描控制裝置主要有：擺動(dòng)掃描鏡和旋

5、轉(zhuǎn)正多面體打描鏡，如圖3所示。擺動(dòng)掃描鏡為平面反射鏡，由電機(jī)驅(qū)動(dòng)往返振蕩，掃描速度較慢，適合高精度測(cè)量。旋轉(zhuǎn)正多面體掃描鏡在電機(jī)驅(qū)動(dòng)下繞自身對(duì)稱軸勻速旋轉(zhuǎn)，掃描速度快。擺動(dòng)掃描鏡旋轉(zhuǎn)正多面體掃描鏡3掃描控制裝置定向原理三維激光掃描儀掃描的點(diǎn)云數(shù)據(jù)都在其自定義的掃描處標(biāo)系屮，但是數(shù)據(jù)的后處理要求是大地坐標(biāo)系下的數(shù)據(jù)，這就需要將掃描坐標(biāo)系下的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到大地坐標(biāo)系下，這個(gè)過(guò)程就稱為三維激光掃描儀的定向。在坐標(biāo)轉(zhuǎn)換屮，設(shè)立特制的定向識(shí)別標(biāo)志，通過(guò)計(jì)算識(shí)別標(biāo)志的屮心坐標(biāo)，采用公共點(diǎn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，求得兩坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換參數(shù)，包括平移參數(shù)Ax、△y^Az和旋轉(zhuǎn)參數(shù)a>B、丫。4掃描儀定向原理