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三維激光掃描儀是如何工作的(原理)

發布時間:2018-12-28
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常用的三維掃描儀按光源通??煞譃榧す饧夹g與結構光技術,之前為大家介紹過3D掃描儀采用3D結構光技術實現掃描,今天為大家科普一下三維激光掃描儀怎么實現三維掃描的。

三維激光掃描儀如何工作?

在最基本的層面上,激光掃描涉及激光束的受控轉向和距離測量的組合。 旋轉編碼器通過調整多個掃描鏡來控制掃描運動以引導光束。

將激光束定位在二維上需要沿兩個軸旋轉單個鏡子,或者為了更快的掃描,將光束反射到安裝在正交軸上的兩個緊密間隔的鏡子上。 激光器也可以通過稱為聚焦或Z移位器的伺服控制透鏡系統以三維方式定位。

單次掃描通常不足以產生受試者的完整模型,因此必須通過稱為對齊或配準的過程將多次掃描結合到一個共同的參考系統中。

飛行時間

激光掃描的核心概念之一是飛行時間。 這指的是使用激光測距儀來計時從掃描儀傳播到物體并再次返回的光脈沖的往返。

由于光速是已知常數,因此可以通過測量光脈沖返回掃描儀所花費的時間來計算掃描儀和物體之間的距離。 因此,基于飛行時間計算距離的公式很簡單:

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因此,飛行時間傳感器的精度取決于激光掃描儀計時器的精度。

該技術的主要優點是其遠距離能力,這就是為什么一些飛行時間掃描儀用于大規模測量項目的原因。 然而,準確地測量數量與光脈沖在質量實驗室中進行往返所花費的時間一樣微不足道是困難的。 這就是為什么單獨的飛行傳感器不足以滿足需要高精度測量的應用的原因。

三角

許多手持式掃描儀使用三角測量來抵消飛行時間測量所帶來的精度降低。

例如,手持式激光掃描儀通常包含跟蹤投射到掃描對象上的激光點的相機。 這使得掃描儀能夠比單獨使用飛行時間測量更精確地三角測量對象的距離。 然而,盡管三角測量能夠實現更高的精度,但它也限制了掃描儀的有效范圍。

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點云和注冊

在最基本的術語中,點云指的是坐標系中的一組數據點。

在標準笛卡爾坐標系中,點是根據X,Y和Z坐標定義的。 在3D掃描的上下文中,點云表示掃描的結果為非結構化三維數據。

點云的典型文件格式是TXT,IGS和ASCII

然后將點云數據引入公共參考系統,其中數據通過對齊或注冊過程合并為完整模型。 該過程可以在掃描本身期間(在高端3D掃描儀的情況下)或作為后處理步驟發生。

可以使用軟件進一步處理得到的數據,以清除像差或填充數據點中的間隙,創建三角形網格或多邊形模型,并導出為STL(Stereolithography或標準細分語言)文件或轉換為非均勻合理B-Spline(NURBS)用于CAD模型。

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