三維激光掃描系統(tǒng)測距法_三維激光掃描的測距原理

三維激光掃描系統(tǒng)主要由三維激光掃描儀、計(jì)算機(jī)、電源供應(yīng)系統(tǒng)、支架以及系統(tǒng)配套軟件構(gòu)成。三維激光掃描儀作為三維激光掃描系統(tǒng)的主要組成部分，是由激光射器、接收器、時(shí)間計(jì)數(shù)器、馬達(dá)控制可旋轉(zhuǎn)的濾光鏡、控制電路板、微電腦、ccd機(jī)以及軟件等組成。激光測距技術(shù)是三維激光掃描儀的主要技術(shù)之一。激光測距的原理主要有基于脈沖距法、相位測距法、激光三角法、脈沖一相位式四種類型。目前，測繪領(lǐng)域所使用的三激光掃描儀主要是基于脈沖測距法測距，近距離的三維激光掃描儀主要采用相位干涉法測距和激光三角法測距。激光測距技術(shù)類型介紹如下：
激光測距技術(shù)原理與類型
脈沖測距法
脈沖測距法是一種高速激光測時(shí)測距技術(shù)。脈沖式掃描儀在掃描時(shí)激光器發(fā)射出單點(diǎn)的激光，記錄激光的回波信號，通過計(jì)算激光的飛行時(shí)間(time of flight，縮寫為tof)，利用光速來計(jì)算目標(biāo)點(diǎn)與掃描儀之間的距離。這種原理的測距系統(tǒng)測距范圍可以達(dá)到幾百米到上千米的距離。激光測距系統(tǒng)主要由發(fā)射器、接受器、時(shí)間計(jì)數(shù)器、微電腦組成。
脈沖測距法也稱為脈沖飛行時(shí)間差測距，由于采用的是脈沖式的激光源，適用于超長距離的距離測量，測量精度主要受到脈沖計(jì)數(shù)器工作頻率與激光源脈沖寬度的限制，精度可以達(dá)到米數(shù)量級。
位測距法
相位式掃描儀是發(fā)射出一束不間斷的整數(shù)波長的激光，通過計(jì)算從物體反射回來的激光波的相位差來計(jì)算和記錄目標(biāo)物體的距離。基于相位測量原理主要用于進(jìn)行中等距離的掃描測量系統(tǒng)中。掃描范圍通常在100m內(nèi)，它的精度可以達(dá)到毫米數(shù)量級。
相位式掃描儀由于采用的是連續(xù)光源，功率一般較低，所以測量范圍也較小，測量精度主要受相位比較器的精度和調(diào)制信號的頻率限制，增大調(diào)制信號的頻率可以提高精度，但測量范圍也隨之變小，所以為了在不影響測量范圍的前提下提高測量精度，一般都設(shè)置多個(gè)調(diào)頻頻率。
激光三角法
激光三角法是利用三角形幾何關(guān)系求得距離。先由掃描儀發(fā)射激光到物體表面，利用在基線另一端的ccd相機(jī)接收物體反射信號，記錄入射光與反射光的夾角，已知激光光源與ccd之間的基線長度，由三角形幾何關(guān)系推求出掃描儀與物體之間的距離。為了保證掃描信息的完整性，許多掃描儀掃描范圍只有幾米到數(shù)十米。這種類型的三維激光掃描系統(tǒng)主要應(yīng)用于工業(yè)測量和逆向工程重建中。它可以達(dá)到亞毫米級的精度。
脈沖一相位式測距法
將脈沖式測距和相位式測距兩種方法結(jié)合起來，就產(chǎn)生了一種新的測距方法：脈沖一相位式測距法
相位式測距法
這種方法利用脈沖式測距實(shí)現(xiàn)對距離的粗測，利用相位式測距實(shí)現(xiàn)對距離的精測。
三維激光掃描儀主要由測距系統(tǒng)和測角系統(tǒng)以及其他輔助功能系統(tǒng)構(gòu)成，如內(nèi)置相機(jī)以及雙軸補(bǔ)償器等。工作原理是通過測距系統(tǒng)獲取掃描儀到待測物體的距離。再通過測角系統(tǒng)獲取掃描儀至待測物體的水平角和垂直角，進(jìn)而計(jì)算出待測物體的三維坐標(biāo)信息。在掃描的過程中再利用本身的垂直和水平馬達(dá)等傳動(dòng)裝置完成對物體的全方位掃描，這樣連續(xù)地對空間以一定的取樣密度進(jìn)行掃描測量，就能得到被測目標(biāo)物體密集的三維彩色散點(diǎn)數(shù)據(jù)，稱為點(diǎn)云。