畢業(yè)論文--三維激光掃描技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1 緒論1</b></p><p><b>　　1.1 引言1</b></p><p>　　1.2 研究背景1</p><p>　　1.3 研究的目的2</p><p>

2、　　1.4 選題意義3</p><p>　　2 三維激光掃描技術(shù)的掃描儀器3</p><p>　　3 三維激光掃描技術(shù)系統(tǒng)4</p><p>　　3.1 三維激光掃描系統(tǒng)的組成4</p><p>　　3.2 三維激光掃描儀的工作原理6</p><p>　　3.3 三維激光測距原理7</p>&

3、lt;p>　　3.3.1 三角法的原理7</p><p>　　3.3.2 脈沖測距法的原理8</p><p>　　3.3.3 相位測距法的原理9</p><p>　　3.4 三維激光測角原理9</p><p>　　3.4.1 角位移測量9</p><p>　　3.4.2 線位移測量10</p&g

4、t;<p>　　4 激光的性質(zhì)11</p><p>　　4.1方向性好11</p><p><b>　　4.2單色性11</b></p><p>　　4.3相干性極好12</p><p>　　4.4光脈沖寬度可以極窄12</p><p>　　4.5激光的高亮度性12<

5、;/p><p>　　4.6激光的高單色性13</p><p>　　4.7激光的高度定向性13</p><p>　　5 三維激光掃描技術(shù)的數(shù)據(jù)處理14</p><p>　　5.1 三維激光掃描測量技術(shù)誤差來源14</p><p>　　5.2 三維激光掃描測量技術(shù)的數(shù)據(jù)處理方法15</p><p&

6、gt;　　6 三維激光掃描技術(shù)的特點(diǎn)16</p><p>　　7三維激光掃描技術(shù)的應(yīng)用17</p><p>　　7.1 在建筑物重建與恢復(fù)中的應(yīng)用17</p><p>　　7.2 在測繪中的應(yīng)用18</p><p>　　7.2.1 立體模型的建立18</p><p>　　7.2.2 滑坡監(jiān)測21</p

7、><p>　　7.2.3文物修復(fù)21 </p><p>　　7.2.4邊坡變形監(jiān)測21</p><p>　　7.2.5 城鎮(zhèn)地籍測量22</p><p>　　7.3在抗震救災(zāi)中的應(yīng)用22</p><p><b>　　8總結(jié)與展望22</b></p><p><b

8、>　　致謝24</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)25</b></p><p>　　三維激光掃描技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　三維激光掃描技術(shù)是一種新興的全自動高精度立體掃描測繪技術(shù)。它是一項(xiàng)新的數(shù)據(jù)獲取手段，利用

9、三維激光掃描儀能夠高效、精確、快速、地測量目標(biāo)的三維影像數(shù)據(jù)，打破了傳統(tǒng)的測量和數(shù)據(jù)處理方法，開創(chuàng)全新的研究和應(yīng)用領(lǐng)域。三維激光掃描測量技術(shù), 能夠在任何復(fù)雜的現(xiàn)場環(huán)境及空間中進(jìn)行掃描操作, 并直接將各種大型的、復(fù)雜的、不規(guī)則、標(biāo)準(zhǔn)或非標(biāo)準(zhǔn)等實(shí)體或?qū)嵕暗娜S數(shù)據(jù)完整的采集到電腦中，進(jìn)而快速重構(gòu)出目標(biāo)的三維模型及線、面、體、空間等各種制圖數(shù)據(jù)。比傳統(tǒng)的測量和數(shù)據(jù)處理方法具有簡單、精確、快速等特點(diǎn)。本文主要介紹了三維激光掃描技術(shù)的工作原理、

10、技術(shù)特點(diǎn)、掃描儀器、數(shù)據(jù)處理、主要應(yīng)用和發(fā)展方向等幾方面的狀況，重點(diǎn)介紹三維激光掃描技術(shù)在工程測量領(lǐng)域的應(yīng)用。</p><p>　　關(guān)鍵詞 三維激光掃描 掃描儀器 掃描系統(tǒng) 工作原理 數(shù)據(jù)處理 技術(shù)特點(diǎn) 主要應(yīng)用 發(fā)展趨勢</p><p>　　THE DEVELOPMENT AND APPLICATION OF 3D</p><p>　　LASER SCAN

11、NING TECHNOLOGY</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　3D laser scanning technology is an advanced fully automatic high-precision three-dimensional scanning technology. As a new means of

12、data acquisition, 3D laser scanner can be fast, accurate and efficient measurement of the target three-dimensional image data, breaking the traditional measurement and data processing methods, has won a new field of rese

13、arch and application. Three-dimensional laser scanning technology can go deep into the complex field environment and space scanning operation to the</p><p>　　KEY WORDS three-dimensional laser scanning, work

14、ing principle, scanning instrument，data processing，technical characteristics, application development trends</p><p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　本章主要通過羅列三維激光掃描技術(shù)在現(xiàn)實(shí)測繪發(fā)展領(lǐng)域的應(yīng)用及其發(fā)展?fàn)顩r，進(jìn)而介紹了三維激

15、光掃描技術(shù)的研究背景，研究目的以及選題的意義。</p><p><b>　　1.1 引言</b></p><p>　　隨著科學(xué)技術(shù)的突飛猛進(jìn)，出現(xiàn)了含有多種高新技術(shù)的新型測量儀器，其中就有地面三維激光掃描儀，它在復(fù)雜的場景和空間下，通過非接觸式激光測量對被測物體進(jìn)行快速掃描測量，以獲得激光點(diǎn)所接觸的物體表面的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，包括三維坐標(biāo)、色彩信息和反射強(qiáng)度。將點(diǎn)云數(shù)據(jù)經(jīng)過計(jì)

16、算機(jī)處理后，結(jié)合曾經(jīng)學(xué)過的CAD的知識，來重建三維模型及獲得線面、體、空間等各種制圖數(shù)據(jù)。三維激光掃描技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是：全數(shù)字特征、高效率、高密度、高精度、不需要合作目標(biāo)等，它可以應(yīng)用于測繪的各個(gè)領(lǐng)域，比如說斷面和體積測量、地形測量、工程測量、地籍測量、攝影測量、變形監(jiān)測等各項(xiàng)測量。</p><p><b>　　1.2 研究背景</b></p><p>　　20世紀(jì)60年

17、代，世界上第一臺激光器出現(xiàn)了，它是由美國科學(xué)家通過對激光技術(shù)多年的研究取得的成果，至此以后，世界各國也開始重視在激光領(lǐng)域的研究，到二十世紀(jì)末，激光及時(shí)取得了較大的發(fā)展，由于激光具有方向性、單色性、高亮度、相干性的特性，由于這些特性，激光在測繪各個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮了比較大的作用，例如，利用激光的單色性和干涉性可以進(jìn)行干涉測量；利用激光的方向性可以作為方向基準(zhǔn)進(jìn)行測量；利激光高亮度的特性可以用于醫(yī)療器械等。</p><p>

18、　　隨著時(shí)代的進(jìn)步，電子設(shè)備也得到迅速的發(fā)展，半導(dǎo)體和微電子的發(fā)展催進(jìn)了大規(guī)模集成電路和傳感器技術(shù)的發(fā)展，同時(shí)激光測量技術(shù)也得到較大的發(fā)展，主要表現(xiàn)在：一是測距方面從一維測距、二維測距向三維測距方向發(fā)展；，二是實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)獲取的自動化和無限傳輸；三是在衛(wèi)星定位技術(shù)、慣性導(dǎo)航技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等和激光掃描技術(shù)共同作用下，機(jī)載掃描系統(tǒng)、車載掃描系統(tǒng)、衛(wèi)星遙感技術(shù)等有了高精度、高效率的發(fā)展。于是出現(xiàn)了集合了多種現(xiàn)代高科技手段、集光、機(jī)、電等各種技

19、術(shù)于一身的三維激光掃描技術(shù)，它的出現(xiàn)和發(fā)展，改變了原有的數(shù)據(jù)獲取方式，為獲得豐富而詳細(xì)的局部地面空間信息提供了一種全新高效的手段，同時(shí)它的發(fā)展也催化了一些相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展，例如圖像工程，測角自動學(xué)則技術(shù)，數(shù)據(jù)補(bǔ)償技術(shù)，顏色渲染技術(shù)，攝像機(jī)標(biāo)定技術(shù)等等。</p><p>　　該技術(shù)通過掃描可以獲得許許多多的測繪點(diǎn)，利用獲得的數(shù)據(jù)信息可以進(jìn)行逆向三維建模及重構(gòu)，因此它屬于高精度的、全自動化的、立體的掃描技術(shù)。它具有點(diǎn)位

20、測量精度高、速度快、精確的特點(diǎn)，智泰三維光學(xué)密集點(diǎn)云測量系統(tǒng)I0M400系列是一種高速高精度的三維掃描測量設(shè)備，系統(tǒng)具有可移動、易操作、精度高、速度快等特點(diǎn)，系統(tǒng)的軟件和硬件可以根據(jù)需要專門進(jìn)行開發(fā)和設(shè)計(jì)，技術(shù)實(shí)用性強(qiáng)，廣泛適用于各種需求三維數(shù)據(jù)的行業(yè)，如汽車工業(yè)、飛機(jī)工業(yè)、摩托車外殼及內(nèi)飾、家電，雕塑等。</p><p>　　雖然三維激光技術(shù)快速發(fā)展，但是國內(nèi)技術(shù)還不夠成熟，對軟件的應(yīng)用和研究依然很少，而且數(shù)據(jù)

21、處理的方法也不夠精確，分析其原因主要由以下幾個(gè)方面：一是國家在激光技術(shù)方面起步晚，由于起步晚總是利用別人設(shè)計(jì)的軟件，而且在技術(shù)方面不夠成熟；二是對三維技術(shù)需求不高，由于我國工業(yè)制作整體水平不是那么的高，所以對三維技術(shù)的需求不比外國那么的迫切；三是國家在三維領(lǐng)域投入的資金不足，由于國家高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化需要必要的資金支持，而我國投入的少導(dǎo)致對這方面的研究薄弱；三是缺乏創(chuàng)新型人才。由于這些原因是的我國在這方面的研究遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于別國。不過，如今，我

22、國開始重視這方面的發(fā)展，以及利用三維激光掃描技術(shù)促進(jìn)其他領(lǐng)域的發(fā)展，這是值得欣慰的。</p><p><b>　　1.3 研究的目的</b></p><p>　　目前，隨著科技的進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，三維激光掃描技術(shù)已經(jīng)在測繪各個(gè)領(lǐng)域成為了研究的熱點(diǎn)，這是因?yàn)槿S激光掃描在自動程度、勞動強(qiáng)度、外業(yè)作業(yè)時(shí)間、人員、數(shù)據(jù)獲取速度等方面具有明顯的優(yōu)勢，這是其它傳統(tǒng)測量技術(shù)無法比

23、擬的，因此有必要就三維激光掃描技術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用前景作出相應(yīng)研究，以便對其有較為深入的認(rèn)識，從而以便其更好、更廣、更方便的應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域工作。</p><p><b>　　1.4 選題意義</b></p><p>　　在進(jìn)入21世紀(jì)以后，國家的經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，特別是中國加入WTO以后，各項(xiàng)高新技術(shù)不斷發(fā)展，國際市場競爭愈演愈烈，以此同時(shí)，也促進(jìn)了制造業(yè)的發(fā)展，它以傳統(tǒng)技

24、術(shù)為基礎(chǔ)有了質(zhì)的跨越，已經(jīng)在高新技術(shù)應(yīng)用方面占有一席之地。隨著計(jì)算機(jī)、微電子、信息和自動化技術(shù)的不斷更新，而且在制造業(yè)中的應(yīng)用也越來越廣泛，而先后出現(xiàn)了快速原型制造、可重組技術(shù)、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)等多項(xiàng)前沿的制造模式與制造技術(shù)。制造業(yè)正經(jīng)歷一場新的技術(shù)革命。</p><p>　　三維掃描技術(shù)能實(shí)現(xiàn)非接觸測量，集中了計(jì)算機(jī)技術(shù)，電技術(shù)與光技術(shù)與一身，且具有速度快、精度高的優(yōu)點(diǎn)。而且其測量結(jié)果兼容性強(qiáng)，能夠與CIMS

25、、CAM、 CAD等軟件接口直接相連，所以它在今天比較受歡迎。在科技比較先進(jìn)的國家的制造業(yè)中，三維掃描儀得到越來越多的應(yīng)用。作為一種快速的立體測量設(shè)備來講，它具有非接觸、掃描迅速、高精度，方便使用等優(yōu)點(diǎn)。用三維掃描儀對手板，樣品、模型進(jìn)行掃描，可以得到其立體尺寸數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)能直接與CAD/CAM軟件接口，在CAD系統(tǒng)中可以對數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整、修補(bǔ)、再送到加工中心或快速成型設(shè)備上制造，可以極大的縮短產(chǎn)品制造周期。</p>&l

26、t;p>　　三維激光掃描系統(tǒng)作為一種技術(shù)成熟，應(yīng)用剛剛起步的產(chǎn)品，在某些方面還存在一些問題，例如掃描現(xiàn)場的局限性，三維激光掃描系統(tǒng)校正體系不完善，掃描數(shù)據(jù)出現(xiàn)“盲區(qū)”現(xiàn)象等等，針對這些問題，應(yīng)該采取科學(xué)的手段來彌補(bǔ)這些不足，使得后續(xù)研究以此作為參考借鑒，為該技術(shù)的推廣提供正確的依據(jù)。隨著研究開發(fā)的進(jìn)一步發(fā)展，各種新的技術(shù)將不斷出現(xiàn)，并被應(yīng)用到商用系統(tǒng)中，現(xiàn)有的三維掃描技術(shù)將不斷被完善以滿足制造業(yè)生產(chǎn)的需要。</p>

27、<p>　　2 三維激光掃描技術(shù)的掃描儀器</p><p>　　三維激光掃描儀按照測量方式不同可分為：基于三角測距原理激光掃描系統(tǒng)；基于相位差激光掃描系統(tǒng)；基于脈沖式激光掃描系統(tǒng)。</p><p>　　按工作原理分類：三維激光掃描儀除了按照上述的搭載平臺和掃描距離這兩種方法分類之外，還可以按照儀器的原理來進(jìn)行分類。把按照脈沖測距這一原理進(jìn)行量測的掃描儀歸結(jié)為徑向一類。把按照光學(xué)干

28、涉原理進(jìn)行量測的掃描儀歸結(jié)為干涉一類。把通過兩條光線建立地面實(shí)物的立體模型的量測方法歸結(jié)為三角法一類。</p><p>　　按照用途不同可分為室內(nèi)型和室外型，也就是長距離和短距離的不同，、而基于脈沖式原理的三維激光掃描儀測程較長，測程最遠(yuǎn)的可達(dá)6公里。</p><p>　　按生產(chǎn)廠家的不同可分為：Z+F(德國)，Surphaser（美國），I-site (澳大利亞maptek)，Riegl

29、（奧地利），徠卡（瑞士），天寶（美國），Optech（加拿大），拓普康（日本），F(xiàn)aro等產(chǎn)家。</p><p>　　按照掃描平臺的不同可以分為：機(jī)載(或星載)激光掃描系統(tǒng)；便攜式激光掃描系統(tǒng)；地面型激光掃描系統(tǒng)。</p><p>　　三維激光掃描儀是現(xiàn)今時(shí)效性最強(qiáng)的三維數(shù)據(jù)獲取工具。一般情況下可以按照三維激光掃描儀有效的掃描距離進(jìn)行分類，可分為：</p><p>

30、　　（1）短距離激光掃描儀：一般最佳掃描距離為0. 6～1. 2 m，最長掃描距離不超過3m，通常情況下，這類掃描儀適合用于小型模具的量測，具有掃描速度快且精度較高的特點(diǎn)，可以多達(dá)三十萬個(gè)點(diǎn)精度至±0.018 mm。</p><p>　　（2）中距離激光掃描儀。</p><p>　　（3）長距離激光掃描儀。</p><p>　　（4）航空激光掃描儀。<

31、;/p><p>　　3 三維激光掃描技術(shù)系統(tǒng)</p><p>　　本章主要通過詳細(xì)的圖解及公式等的羅列從而詳細(xì)闡述了三維激光掃描技術(shù)系統(tǒng)的組成，原理、數(shù)據(jù)采集的過程、誤差來源及數(shù)據(jù)處理，以便我們對三維激光掃描的流程有深層次的理解，還通過與傳統(tǒng)測量技術(shù)的對比突顯了三維激光掃描技術(shù)測量技術(shù)的特點(diǎn)。</p><p>　　3.1 三維激光掃描系統(tǒng)的組成</p>&

32、lt;p>　　伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的日益成熟以及電子技術(shù)的不斷發(fā)展，三維激光掃描技術(shù)的應(yīng)用也越來越廣泛，要求也越來越高，對于三維激光掃描系統(tǒng)的組成也進(jìn)行了研究，以陜西科技大學(xué)計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室的掃描系統(tǒng)為例，如圖所示：</p><p>　　圖1 三維激光掃描系統(tǒng)硬件裝置</p><p>　　三維激光掃描系統(tǒng)主要由以下幾個(gè)方面組成：</p><p>　?。?）三維激光掃

33、描儀：本裝置所用的是功率為3mW的半導(dǎo)體砷化鎵激光器，點(diǎn)激光測距中的激光被激光面所代替，該掃描儀使用的是高30cm，寬為1mm，長度為200cm左右的激光面，激光面會自動和物體交會在一起，生成一條測線，這條測線等同于有500-1024個(gè)激光點(diǎn)，因此，從理論上講，把采樣速度提高了500-1024倍。 </p><p>　?。?）圖像采集卡：又叫視頻采集卡，它的作用非常重要，將接收到的CCD送出的視頻信號進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)

34、換，然后輸出YUV信號，最后進(jìn)行壓縮。該系統(tǒng)裝置不僅能夠接收CCD送出的視頻信號，而且能夠接收含有方位角信息的脈沖信號，然后從脈沖信號中分離出同步信號、方位角信號以及像點(diǎn)信號。</p><p>　?。?）旋轉(zhuǎn)平臺：該平臺支撐整個(gè)掃描系統(tǒng)，平臺上設(shè)置有方向角傳感器，在指令的控制下，它進(jìn)行平穩(wěn)的啟動、停止、運(yùn)轉(zhuǎn)，然后產(chǎn)生方位角脈沖信號，一遍視頻采集部分能夠從中分離出同步信號、方位角信號以及像點(diǎn)信號。</p>

35、;<p>　?。?）數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)：該系統(tǒng)主要作用是將圖像采集卡送出的視頻信號進(jìn)行精密測量、高速存貯，并且主處理機(jī)在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候取回?cái)?shù)據(jù)，經(jīng)過處理，形成三維數(shù)據(jù)，以便進(jìn)行后續(xù)的模型重建等應(yīng)用。</p><p>　　（5）數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)：該處理系統(tǒng)主要由計(jì)算機(jī)組成，包括計(jì)算機(jī)主機(jī)、接口、總線以及專用版卡組成，該裝置計(jì)算機(jī)主機(jī)采用的是120G的高速硬盤，內(nèi)存配置為1G，IBM PC Pentium為2.8G，

36、通過接口、總線和專用辦卡將其它 部分組合起來，工作時(shí)控制機(jī)械臺的起停、轉(zhuǎn)速由運(yùn)動控制卡控制，圖像由圖像采集卡通過CCD攝像機(jī)采集，圖像處理、數(shù)值計(jì)算在主機(jī)上進(jìn)行。</p><p>　　3.2 三維激光掃描儀的工作原理</p><p>　　激光掃描儀是運(yùn)用掃描技術(shù)來量測被測對象的，其中包括工件的形狀及尺寸，它必須采用一個(gè)旋轉(zhuǎn)馬達(dá)，而且該馬達(dá)要有極好的穩(wěn)定度及精度當(dāng)光束打 ( 射 ) 到由馬達(dá)

37、所帶動的多面棱規(guī)反射而形成掃瞄光束。</p><p>　　根據(jù)三角測距原理獲得與拍攝物體之間的距離，進(jìn)行三維數(shù)據(jù)化處理，其測量原理主要分為測距、測角、掃描、定向四個(gè)方面。如圖 3-1所示</p><p>　　圖3-1 激光掃描儀測量的基本原理</p><p>　　3.3 三維激光測距原理</p><p>　　三維激光掃描技術(shù)又被稱為實(shí)景復(fù)制技

38、術(shù)，是測繪領(lǐng)域繼GPS技術(shù)之后的一次技術(shù)革命。它突破了傳統(tǒng)的單點(diǎn)測量方法，具有高效率、高精度的獨(dú)特優(yōu)勢.三維激光掃描技術(shù)能夠提供掃描物體表面的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，因此可以用于獲取高精度高分辨率的數(shù)字地形模型。目前，測距方法主要有：三角法、脈沖法，相位法。</p><p>　　3.3.1 三角法的原理</p><p>　　三角法測距是借助三角形幾何關(guān)系，運(yùn)用勾股定理，求得掃描中心到掃描對象的距離。

39、如圖所示：</p><p>　　在圖3-2中，通過激光掃描儀角度傳感器可得到發(fā)射光線與基線的夾角γ、入射光線與基線的夾角λ，激光掃描儀的軸向自旋轉(zhuǎn)角度α，然后以激光發(fā)射點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，以基線方向?yàn)閄軸正向，把平面內(nèi)指向觀測目標(biāo)且垂直于X軸的方向線的方向作為Y軸建立測站坐標(biāo)系。通過計(jì)算可得目標(biāo)點(diǎn)的三維坐標(biāo)為：</p><p><b>　?。?-1）</b></p&g

40、t;<p>　　結(jié)合P的三維坐標(biāo)運(yùn)用三角幾何關(guān)系便可得被測目標(biāo)的距離S。</p><p>　　3.3.2 脈沖測距法的原理</p><p>　　脈沖法測距的過程是這樣的：由測距儀發(fā)射出激光，然后經(jīng)過被測量物體反射，最后后又被測距儀接收。與此同時(shí)，測距儀記錄激光往返的時(shí)間。測距儀和被測量物體之間的距離等于光速和往返時(shí)間的乘積的一半。如圖3-3 所示：</p>&l

41、t;p>　　圖3-3 脈沖激光測距原理</p><p>　　工作時(shí)，由激光器發(fā)射激出光光束。當(dāng)光束穿過大氣到達(dá)目標(biāo)后，通過目標(biāo)反射后返回，最后通過探測器接收。設(shè)測量距離為S，光速為c，測出從激光發(fā)射到反射光被接收所經(jīng)歷的時(shí)間， 根據(jù)運(yùn)動學(xué)中最基本的關(guān)系即可求出目標(biāo)的距離：</p><p>　　S=12c△t （3-2）</p&g

42、t;<p>　　3.3.3 相位測距法的原理</p><p>　　相位法測距所用的是無線電波段的頻率。用間接方法測定出光經(jīng)往返測線所需的時(shí)間，相位型掃描儀可分為調(diào)幅型，調(diào)頻型，相位變換型等。若調(diào)制光角頻率為ω，在待測量距離D上往一次產(chǎn)生的相位延遲為φ，則對應(yīng)時(shí)間t 可表示為： t=φ/ω將此關(guān)系代入距離D可表示為

43、 D=1/2 ct=1/2 c·φ/ω=c/(4πf) (Nπ+Δφ)=c/4f (N+ΔN)=U(N+) （3-3）</p><p>　　由公式（3-3）可知，這種測距方法是一種間接測距方式，它通過檢測發(fā)射和接收信號之間的相位差，來獲得被測目標(biāo)的距離。該方法測距精度較高，主要應(yīng)用在精密測量和醫(yī)學(xué)研究等高精度研究

44、上，精度可達(dá)到毫米級。</p><p>　　3.4 三維激光測角原理</p><p>　　3.4.1 角位移測量</p><p>　　掃描儀工作是由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動的，由步進(jìn)電機(jī)步距角和步數(shù)，獲得角位移。</p><p>　　在掃描儀工作的過程中，通過步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分控制技術(shù)，獲得穩(wěn)步、精確的步距角θb有下式：</p><p&g

45、t;　　θb＝ （3-4）</p><p>　　在得到θb的基礎(chǔ)上，可得到掃描棱鏡轉(zhuǎn)過的角度值，然后通過精密時(shí)鐘控制編碼器進(jìn)行同步測量，這樣就可以得到每個(gè)激光脈沖橫向掃描角度觀測值α、縱向掃描角度觀測值θ。</p><p>　　3.4.2 線位移測量</p><p>　　線位移測量是指指點(diǎn)在直線方向位置的變化量，對

46、于長度的動態(tài)測量就是線位移量的測量它包括：</p><p>　　1.脈沖測距法： </p><p><b>　　2.雙頻激光干涉儀</b></p><p>　　三維激光掃描系統(tǒng)本身主要包括激光測距系統(tǒng)和激光掃描系統(tǒng)，同時(shí)也集成CCD和儀器內(nèi)部控制和校正系統(tǒng)等。在儀器內(nèi)，通過兩個(gè)同步反射鏡快速而有序的旋轉(zhuǎn)，將激光脈沖發(fā)射體發(fā)出的窄束激

47、光脈沖一次掃過被測區(qū)域，測量每個(gè)激光脈沖從發(fā)出經(jīng)被測物表面再返回儀器所經(jīng)過的時(shí)間（或相位差）來計(jì)算距離，同時(shí)掃描控制模塊控制和測量每個(gè)脈沖激光的角度，最后計(jì)算出激光點(diǎn)在被測物體上的三維坐標(biāo)。</p><p><b>　　4 激光的性質(zhì)</b></p><p>　　本章主要通過對激光性質(zhì)的詳細(xì)介紹從而使得對激光的分類有了詳細(xì)的認(rèn)識，同時(shí)也使得我們對激光的一些特殊的性質(zhì)有

48、了一定的了解，進(jìn)而對了解三維激光掃描的原理打下基礎(chǔ)。</p><p>　　激光按波段分，能夠分為多波長可調(diào)諧、X光、紫外線、紅外線、可見光，目前工業(yè)用紅外及紫外激光。</p><p>　　激光器有很多種種類，大體可以分為： 固體激光器、半導(dǎo)體激光器、氣體激光器、液體激光器、紅外激光器、X 射線激光器、化學(xué)激光器、自由電子激光器、準(zhǔn)分子激光器、光纖導(dǎo)波激光器等 </

49、p><p><b>　　4.1方向性好</b></p><p>　　普通光源是朝四面八方發(fā)光，或者說，光輻射沿4π 立體角分布．它發(fā)出的光輻射可以照亮眼前周圍的地方，但照亮的距離不大。為了擴(kuò)大照明的距離，可以用光學(xué)系統(tǒng)把朝各個(gè)方向發(fā)射的光聚集到照明的方向，比如汽車 的前車燈、探照燈等就是用這個(gè)辦法擴(kuò)大照明距離的．因?yàn)榉较蛐院?，例如其發(fā)散角為1毫弧度，所以若與相同光功率的普

50、通光源相比，激光器的亮度就比它高4π/（10-3）2=1.26×107倍．也因?yàn)榧す獾姆较蛐院?，使得它能照亮很遠(yuǎn)的物體．</p><p><b>　　4.2單色性</b></p><p>　　科學(xué)上用光輻射能量集中的頻譜區(qū)間（稱譜線寬度）衡量光的單色性，譜線寬度越窄，它的單色性越好．太陽光輻射能量分布在從紫外至遠(yuǎn)紅外的廣闊光譜區(qū)域，所以它談不上單色性．其中氪

51、86光源發(fā)射的紅光（波長605.7nm）的譜線寬度最窄，只有4.7×10-4nm，有單色性之冠之稱．</p><p><b>　　4.3相干性極好</b></p><p>　　相干性是表示電磁場在空間不同位置上瞬時(shí)的或統(tǒng)計(jì)的相位相關(guān)性質(zhì)．一般來說，沿 光束傳播方向和沿橫截面方向的相干長度是不相同的．光波沿其傳播方向通過相干長度所需的時(shí)間叫“相干時(shí)間”．相干長

52、度和相干時(shí)間與光波單色性有關(guān)．粗略地 說，相干時(shí)間△t～λ2/△λc，相干長度l～λ2/△λ，這里的λ是光波波長，△λ是輻射的譜線寬度．激光的單色性很好，所以，它的相干長度很長．特制的氦-氖激光器輸出的光束相干長度達(dá)2×107km．</p><p>　　4.4光脈沖寬度可以極窄</p><p>　　光源的亮度正比于發(fā)光功率．光源發(fā)射的能量集中在很短時(shí)間內(nèi)發(fā)射出來，產(chǎn)生的光功率也就

53、很高．激光器能產(chǎn)生寬度極窄的光脈沖．使用鎖模技術(shù)的激光器，可產(chǎn)生10-14s的光脈沖，使用Q開關(guān)的激光器，可以輸出脈寬10-9s左右的光脈沖．</p><p>　　4.5激光的高亮度性</p><p>　　一般規(guī)律認(rèn)為，光源在該方向上的亮度是指光源在單位面積上向某一方向的單位立體角內(nèi)發(fā)射的功率。激光在亮度上的提高主要是靠光線在發(fā)射方向上的高度集中。</p><p>

54、　　另外，激光的亮度也取決于它的相干性。相干性是一切波動現(xiàn)象的屬性。光有波動性，因此也有相干性。 </p><p>　　一般情況下，光源發(fā)射出來的光是非相干光。它是混合光束。特點(diǎn)是：波長不等、雜亂無序。由于非相干光的波長、相位、振幅極不一致。所以它們的合成波也是一條從中不易找出它的周期性來的、毫無規(guī)律的、雜亂無章的曲線，。</p><p>　　根據(jù)波的迭加原理，如果兩列波同時(shí)作用于某一點(diǎn)上

55、，則該點(diǎn)的振動等于每列波單獨(dú)作用時(shí)所起的振動代數(shù)和。因此，相干光的合成波就是迭加效應(yīng)的結(jié)果。合成波的相位、波長、傳播方向皆不改變，只是振幅急劇地增加了。因此，通過迭加后的光色不變，只光的強(qiáng)度極大地增加了。激光之所以有高亮度的特點(diǎn)，其實(shí)也與相干光迭加效應(yīng)有很大關(guān)系。激光的亮度可以比太陽表面亮高1010倍。 </p><p>　　4.6激光的高單色性</p><p>　　在理療上常用的光源，有

56、發(fā)熱光源，如白熾燈、紅外線燈。還有氣體放電發(fā)光光源，如紫外線燈。這類光源的發(fā)光物質(zhì)比較復(fù)雜，以自發(fā)輻射形式產(chǎn)生光子，發(fā)出的光線很不純，它們的譜線范圍是連線的或是帶狀的光譜。</p><p>　　一般“單色光”被分光鏡分解后，它也不是連續(xù)的色帶，而是一條條獨(dú)立的、并且具有特定位置的亮光，通常稱這為譜線。臨床上所謂的單色光也并非是單一波長 的光，而是有一定波長的譜線。波長范圍越小，譜線寬度越窄，其單色性也越好。因此，

57、譜線的寬度是衡量光線單色性好壞的標(biāo)志。激光是物質(zhì)中原子（或分子、離 子）受激輻射產(chǎn)生的光子流，它依靠發(fā)光物質(zhì)內(nèi)部的規(guī)律性，使光能在光譜上高度地集中起來。從激光的發(fā)光形式來講，可以得到單一能級間所產(chǎn)生的輻射能，所以， 這種光是同波長（或同頻率）的單色光。</p><p>　　4.7激光的高度定向性</p><p>　　激光的散射角非常小，通常以毫弧計(jì)算。例如紅寶 石激光的散射角是0.18&#

58、176;，氦－氖激光只有1毫弧度。因此，激光幾乎是平等準(zhǔn)直的光束，在其傳播的進(jìn)程中表現(xiàn)出高度的定向性。</p><p>　　由于激光的單色性和 方向性好，通過透鏡可以把光束集中（聚焦）到非常小的面積上，焦點(diǎn)的直徑甚至可以接近激光本身的波長，這是普通光源所不及的。聚焦激光光束的能量密度以能夠達(dá)到一定高的程度，它是臨床外科和細(xì)胞外科使用光刀的決定條件。 </p><p>　　（1）互為不平行的

59、光束，不能集中到一點(diǎn)上 　?。?）互為不同波長光束，不能集中到一點(diǎn)上 　?。?）嚴(yán)格平行的等波長光束，能集中到一點(diǎn)上 </p><p>　　光點(diǎn)的直徑是由透鏡的焦距和光束的發(fā)散角所決定，如果我們知道焦距的發(fā)散角的數(shù)值，就可以用下列公式計(jì)算光點(diǎn)的直徑大小。</p><p><b>　　d＝f.θ </b></p><p>　　上式中，f為透鏡

60、的焦距（m），d為光點(diǎn)的直徑（m），θ為光束的發(fā)射角（弧度）?！　「鶕?jù)上述公式從理論上推算：d＝0.05×10－4＝5μ </p><p>　　5 三維激光掃描技術(shù)的數(shù)據(jù)處理</p><p>　　5.1 三維激光掃描測量技術(shù)誤差來源</p><p>　　從誤差理論來說，測量觀測誤差可以分為系統(tǒng)誤差、偶然誤差以及粗差，系統(tǒng)誤差是指在相同的觀測條件下對某個(gè)固定

61、量做多次觀測，如果觀測誤差在正負(fù)號及量的大小上表現(xiàn)出一致的傾向，即按一定的規(guī)律變化或保持為常數(shù)，系統(tǒng)誤差引起掃描點(diǎn)的坐標(biāo)誤差，需要通過研究發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)誤差的規(guī)律性進(jìn)行改正，偶然誤差的定義是，在相同的觀測條件下對某個(gè)固定量所進(jìn)行的一系列觀測，如果觀測結(jié)果的差異在正負(fù)號和數(shù)值上，都沒有表現(xiàn)出一致的傾向，即沒有任何規(guī)律性，這種誤差稱為偶然誤差，它可以依靠平差理論進(jìn)行分配，粗差其實(shí)就是錯(cuò)誤，它就是因?yàn)樵诓僮鬟^程中不規(guī)范操作造成的，這完全是可以避免的

62、。</p><p>　　造成激光掃描測量誤差的來源很多，大致可以分為三類：一是外界條件的影響，二是與目標(biāo)物體的反射面有關(guān)的誤差，三是儀器誤差。外界條件的影響包括大氣折射率，溫度，風(fēng)力等因素，主要是溫度的因素；與目標(biāo)物體反射面有關(guān)的誤差主要是由物體表面的粗糙程度所決定；儀器誤差是由于一起本身性能的缺陷所決定，主要包括激光掃描角度測量引起的誤差和激光掃描測距引起的誤差兩個(gè)方面。</p><p>

63、;　　影響測量精度的因素很多，總體上分硬件和軟件兩個(gè)方面，硬件主要包括機(jī)械運(yùn)動旋轉(zhuǎn)平臺、掃描儀本身的精度、激光器、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)、CCD攝像機(jī)等，如果考慮從硬件方面提高精度，一般會提高成本。軟件方面的因素主要有物像對應(yīng)關(guān)系標(biāo)定的影響、激光掃描線中心提取是否準(zhǔn)確的影響、被測物體的表面特征、光學(xué)成像參數(shù)和光平面位置等因素。下面對軟件影響做詳細(xì)的介紹：</p><p>　　(1)激光掃描線中心提取是否準(zhǔn)確

64、對測量精度的影響：由線激光發(fā)生器發(fā)射出的激光有一定的發(fā)散角，隨著物面的景深變化、傾斜角度的不同，激光掃描線圖像的帶寬也是在不斷變化的，圖像的明暗度也在變化；而且激光發(fā)生器發(fā)出的光束經(jīng)過透鏡，在能量分布上會出現(xiàn)不均勻的現(xiàn)象，也會產(chǎn)生測量誤差；</p><p>　　(2)被測物體表面特征對測量精度造成的影響激光掃描線的成像會受被測物體表面的粗糙度、材質(zhì)、顏色、傾斜角度等因素的影響，是測量精度的重要因素。研究表明顏色淺

65、的物體測量數(shù)據(jù)偏大，顏色深的物體測量數(shù)據(jù)偏小。</p><p>　　對于物體表面非常光的待測物來說，容易產(chǎn)生鏡面反射，當(dāng)大部分的入射光照到待測物體時(shí)產(chǎn)生了鏡面反射，這時(shí)需要先進(jìn)行霧化處理之后再進(jìn)行測量。對于粗糙度過大的物體來說，當(dāng)大部分入射光照射到待測物體時(shí)，產(chǎn)生了漫反射，形成的光帶邊緣粗糙，而且容易產(chǎn)生“飛點(diǎn)”，這是由于光帶強(qiáng)弱的分布不如在正常情況下的均勻，光平面都有一定的發(fā)散角，當(dāng)一條有一定寬度的光帶照射在物

66、面上時(shí)，由ccD攝像機(jī)來獲取光帶能量分布是否均勻的信息，用ccD攝像機(jī)獲取光帶圖像的灰度中心，然后按灰度加權(quán)法計(jì)算。光平面垂直照射平面時(shí)，光帶能量呈對稱的高斯分布，但由于攝像機(jī)與光平面之間存在一定夾角，ccD攝像機(jī)獲取的光帶圖像的能量分布應(yīng)該并不對稱，但由于左右ccD攝像機(jī)對稱位于被測物面法矢面的兩側(cè)．所以此時(shí)誤差為0，得到的依然是呈對稱的高斯分布的光帶能量。當(dāng)物面傾斜時(shí)，左右CcD攝像機(jī)不再關(guān)于被測物體法矢面對稱，此時(shí)由于光帶能量中心

67、和幾何中心不一致，左右ccD攝像機(jī)接收到的能量分布中心不一致將產(chǎn)生測量誤差。</p><p>　　(3)物像對應(yīng)關(guān)系標(biāo)定：物體和其所成的像之間對應(yīng)關(guān)系標(biāo)定時(shí)所產(chǎn)生的測量誤差主要有兩個(gè)方面的因素：一是當(dāng)平臺運(yùn)動時(shí)產(chǎn)生的震動：二是物面粗糙、光能不均勻影響圖像中心線采集；這兩方面的原因都會給激光掃描測量帶來誤差。</p><p>　　(4)ccD攝像機(jī)與圖像采集卡：由于受電信號的干擾，ccD攝像

68、機(jī)采集物體表面漫反射光帶時(shí)以及圖像采集卡進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換時(shí)都會受影響，從而對激光掃描測量數(shù)據(jù)產(chǎn)生誤差。</p><p>　　5.2 三維激光掃描測量技術(shù)的數(shù)據(jù)處理方法</p><p>　?。?）點(diǎn)云的磨光算法</p><p>　?。?）圖像輪廓提取算法比對</p><p>　?。?）多視數(shù)據(jù)重疊區(qū)域處理</p><p>　

69、　6 三維激光掃描技術(shù)的特點(diǎn)</p><p>　　三維激光掃描技術(shù)的廣泛應(yīng)用，是測繪領(lǐng)域繼GPS技術(shù)之后的又一次偉大的技術(shù)革命，它具有非接觸式，兼容性好，精度高，速度快，分辨率高等優(yōu)勢，與傳統(tǒng)的全站儀測量、航空攝影測量、近景攝影測量相比，三維激光掃描技術(shù)具有以下特點(diǎn)：</p><p>　　1、非接觸式測量。三維激光掃描技術(shù)采用非接觸式高速激光掃描目標(biāo)的方式進(jìn)行測量，無需反射棱鏡，對掃描目標(biāo)

70、物體不需要進(jìn)行任何的表面處理，直接對目標(biāo)進(jìn)行進(jìn)行掃描，采集物體表面云點(diǎn)的三維坐標(biāo)信息，所采集的數(shù)據(jù)完全真實(shí)可靠。在環(huán)境惡劣、目標(biāo)危險(xiǎn)、人員無法到達(dá)的情況下，傳統(tǒng)的測量技術(shù)無法完成，但是三維激光掃描能夠做到，所以三維激光掃描技術(shù)可以用于解決危險(xiǎn)目標(biāo)、環(huán)境（或柔性目標(biāo)）及人員難以企及的情況，具有明顯的優(yōu)勢。</p><p>　　2、數(shù)據(jù)采集率高。目前，采用相位激光方法測量的三維激光掃描儀甚至可以達(dá)到數(shù)十萬點(diǎn)/秒；而采

71、用脈沖激光或時(shí)間激光采樣點(diǎn)速率可達(dá)到數(shù)千點(diǎn)/秒。可見采樣速率是傳統(tǒng)測量方式難以比擬的。</p><p>　　3、擴(kuò)展性強(qiáng)。得到的數(shù)據(jù)能夠與其他軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)共享及交換，可以和GPS、外接數(shù)碼相機(jī)配合使用，更好的拓寬了它的應(yīng)用范圍，使用外置數(shù)碼相機(jī)的，增強(qiáng)了彩色信息的采集，更加全面的獲取掃描得到的目標(biāo)信息。GPS定位系統(tǒng)的應(yīng)用，使得三維激光掃描技術(shù)與工程的結(jié)合更加緊密，具有較好的擴(kuò)展性，也近一步提高了側(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性

72、。</p><p>　　4、高分辨率、高精度。</p><p>　　5、數(shù)字化程度高，兼容性好。</p><p>　　6、主動發(fā)射掃描光源。</p><p>　　7、結(jié)構(gòu)緊湊、防護(hù)能力、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)。</p><p>　　8、應(yīng)用廣泛。由于它具有良好的技術(shù)特點(diǎn)，有其他傳統(tǒng)測量儀器所沒有的特點(diǎn)。</p>

73、<p>　　7三維激光掃描技術(shù)的應(yīng)用</p><p>　　由于三維激光掃描技術(shù)特別適合針對大面積的、表面復(fù)雜的，無法直接接觸的物體進(jìn)行精細(xì)的測量，所以它的應(yīng)用范圍極其廣泛，本章通過詳細(xì)的闡述以及通過實(shí)例應(yīng)用詳細(xì)介紹了三維激光掃描技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用，重點(diǎn)介紹了三維激光掃描技術(shù)在測繪領(lǐng)域的重要作用及其廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　7.1 在建筑物重建與恢復(fù)中的應(yīng)用</p&

74、gt;<p>　　在我國，古代的建筑都是人民智慧的結(jié)晶，有著悠久的歷史，他們經(jīng)受了歷史的演變，也經(jīng)受了戰(zhàn)爭的洗禮，如今科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展，國家對建筑物的重建和恢復(fù)也越來越重視，有些建筑物已經(jīng)到了修繕的階段，有些需要重建和恢復(fù)。所謂建筑物的重建是不一定要按照以前被批壞的建筑來建，是在被破壞的地方，重新建造建筑物，可以保留原有的風(fēng)格，也可以有自己獨(dú)特的風(fēng)格。恢復(fù)則是將已經(jīng)被破壞的建筑物恢復(fù)以前的面貌，使其保持其原來的風(fēng)姿。無論是

75、恢復(fù)和重建都要按照應(yīng)有的規(guī)范，根據(jù)已有的傳統(tǒng)資料如歷史遺留的舊照片等來進(jìn)行建造。否則，就很難達(dá)到恢復(fù)和重建的效果。</p><p>　　20世紀(jì)90年代以來，隨著激烈的市場競爭，三維激光技術(shù)也迅速發(fā)展起來，它能夠高精度而且完整的重建掃描實(shí)物數(shù)據(jù)，三維激光掃描技術(shù)目前已在眾多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，尤其在建筑設(shè)計(jì)以及恢復(fù)重建方面，它可以深入到任何復(fù)雜的現(xiàn)場環(huán)境及空間中進(jìn)行掃描操作，并通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)直接完整的采集到各種大

76、型的、不規(guī)則、復(fù)雜的、標(biāo)準(zhǔn)或非標(biāo)準(zhǔn)等實(shí)體或?qū)嵕暗娜S數(shù)據(jù)信息，進(jìn)而快速重建出目標(biāo)的三維模型同時(shí)，它所采集的三維激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)還可進(jìn)行各種后處理工作如：測繪、監(jiān)測、計(jì)量、分析、模擬、仿真、展示、虛擬現(xiàn)實(shí)、…等，它是各種正向工程的對稱應(yīng)用即逆向工程的應(yīng)用工具。 　　在以前也是以攝影測量為主，現(xiàn)在大多數(shù)更愿意采用激光掃描儀來完成各項(xiàng)測量工作。這樣做成易于保存的電子資料，能全面的了解表面，隨時(shí)更加方便地得到等值線、斷面、剖面等信息。當(dāng)建筑和文物

77、遭到破壞以后能夠及時(shí)而準(zhǔn)確地提供修復(fù)和恢復(fù)數(shù)據(jù)信息。（如圖4-7）</p><p>　　圖4-7 歷史古建筑物的保存與恢復(fù)</p><p>　　7.2 在測繪中的應(yīng)用</p><p>　　三維激光掃描測量技術(shù)在測繪領(lǐng)域有著非常廣泛的應(yīng)用。激光掃描技術(shù)與慣性導(dǎo)航系統(tǒng)（INS）、全球定位系統(tǒng)（GPS）、電荷耦合（CCD）等技術(shù)相結(jié)合，在大范圍數(shù)字高程模型（DTM）的高精

78、度實(shí)時(shí)獲取、城市地面三維模型重建、局部區(qū)域的地理信息獲取等方面都具有明顯的優(yōu)勢，它成為了攝影測量與遙感技術(shù)的一個(gè)重要補(bǔ)充。</p><p>　　7.2.1 立體模型的建立</p><p>　　工程實(shí)例分析—某變電所的三維模型的建立</p><p><b>　　1、數(shù)據(jù)獲取</b></p><p>　　采用徠卡HDS600

79、0三維激光掃描儀進(jìn)行掃描。為了保護(hù)人和動物的眼睛，該掃描儀采用的是波長為1550nm的近紅外激光器，掃描速度達(dá)到每秒500000點(diǎn)，加上其3600×310。的掃描范圍，掃描距離為79m；單點(diǎn)測量的精度為3mm（50m距離）；距離讀數(shù)為0.1mm，尤其適合大型建筑監(jiān)測，工廠改造，工業(yè)設(shè)計(jì)、建筑與文物測量等工程項(xiàng)目。對某變電所采集的方式為非接觸測量方式，站與站之間的距離小于50m，分為六行，共采集了52站的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，每站的測量時(shí)間

80、不同（建筑物復(fù)雜區(qū)域?yàn)?rnjn，較為簡單的區(qū)域?yàn)?min）；數(shù)據(jù)總量為23G。同時(shí)利用數(shù)碼相機(jī)采集了大量野外場景高清晰圖片，照片總量為600M，為后期的模型表面材質(zhì)處理做好了準(zhǔn)備。</p><p><b>　　2、三維模型的建立</b></p><p>　　在建立變電所的鋼管套、變壓器、支柱瓷絕緣子套管的三維模型時(shí)，對于鋼管套，采用cyclone軟件的曲面自動延伸的

81、功能，生成空心的管套，然后兩端進(jìn)行曲面封口；而對于支柱瓷絕緣子套管，則采用柱體、球體、管狀體等幾種組合圖形，利用其自動匹配方式進(jìn)行各自模型的生成，然后根據(jù)點(diǎn)云組合模型：</p><p>　　7.2.2 滑坡監(jiān)測</p><p>　　對某個(gè)滑坡定期進(jìn)行掃描，將前、后兩次掃描得到的點(diǎn)云數(shù)據(jù)疊加在一起，然后由處理軟件分析前、后兩次點(diǎn)云數(shù)據(jù)的差別，從而得出滑坡的變形趨勢和量級。</p>

82、<p><b>　　7.2.3文物修復(fù)</b></p><p>　　當(dāng)對受到損害的文物進(jìn)行修復(fù)時(shí)，要求進(jìn)行非接觸式的測量，而以前所用的測量方法是無法達(dá)到，但是由于三維激光掃描儀具有非基礎(chǔ)式測量、高分辨率、高精度的優(yōu)點(diǎn)，因此可以充分利用激光掃描儀獲取高分辨率和高精度的云點(diǎn)數(shù)據(jù)，獲取建筑物表面的精細(xì)結(jié)構(gòu)為建筑物修復(fù)提供修復(fù)數(shù)據(jù)，進(jìn)行精細(xì)測量，進(jìn)而對文物進(jìn)行修復(fù)。</p>

83、<p>　　7.2.4邊坡變形監(jiān)測</p><p>　　在以前，進(jìn)行變形監(jiān)測都是通過全站儀或GPS定位系統(tǒng)以及其他形式監(jiān)測方式，都是把檢測點(diǎn)設(shè)置在易發(fā)生變形的地方，通過對該點(diǎn)的連續(xù)和定期觀測，然后對多次觀測的數(shù)據(jù)的對比分析，得出該點(diǎn)的變形量或變形規(guī)律，進(jìn)而完成對工程安全性的確定，此種方式做出的安全與否判斷結(jié)果可能存在瑕疵，因?yàn)橹皇菍﹄x散監(jiān)測點(diǎn)位移變化分析。而三維激光掃描技術(shù)，可以獲取高密度、高精度的

84、三維云點(diǎn)數(shù)據(jù)，因此，對邊坡的變形監(jiān)測能夠反映坡體的量級和總體變化趨勢，其操作過程是先對邊坡進(jìn)行連續(xù)或定期的掃描，然后將前后兩次掃描所得的點(diǎn)云數(shù)據(jù)疊加在一起，通過處理軟件對監(jiān)測體的掃描數(shù)據(jù)對比分析，做出對檢測對象的正確評估，從而得出邊坡的變化趨勢和量級。（如圖4-6）</p><p>　　圖4-6 大壩邊坡變形監(jiān)測</p><p>　　7.2.5 城鎮(zhèn)地籍測量</p><

85、p>　　在以往傳統(tǒng)的城鎮(zhèn)地籍測量中，調(diào)查結(jié)果多為圖件和報(bào)表形式，可利用率差，但是三維激光掃描儀能夠形成形象的三維圖像，對獲取到的三維云點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析建模，以便在電腦上進(jìn)行量測，其精度也有了較大的提高。</p><p>　　三維激光掃描技術(shù)具有良好的技術(shù)優(yōu)勢，以上只是部分應(yīng)用，它在逆向工程、工業(yè)測量、數(shù)字城市、醫(yī)學(xué)測量等不同的領(lǐng)域均有很好的應(yīng)用。</p><p>　　7.3在抗震救災(zāi)中

86、的應(yīng)用</p><p>　　在地震發(fā)生以后，為了記錄地震發(fā)生現(xiàn)場的真實(shí)情況和震后研究產(chǎn)生各種災(zāi)害的可能以及地震的原因，需要通過掃描點(diǎn)云數(shù)據(jù)，在計(jì)算機(jī)中模擬現(xiàn)場，查找災(zāi)害發(fā)生的原因（如圖4-8）。</p><p><b>　　圖4-8 減災(zāi)應(yīng)用</b></p><p><b>　　8總結(jié)與展望</b></p>

87、<p>　　本章主要羅列介紹了三維激光掃描技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域的發(fā)展應(yīng)用現(xiàn)狀及其將來的發(fā)展方向，闡述了三維激光掃描技術(shù)在測繪領(lǐng)域的各種優(yōu)勢，進(jìn)而突顯了將來三維激光掃描技術(shù)的發(fā)展趨勢。</p><p>　　三維激光探測技術(shù)是一種非接觸式主動型測量系統(tǒng)，可以采集到高密度的空間三維數(shù)據(jù)，具有采集空間點(diǎn)的密度大、點(diǎn)位測量的精度高、掃描速度快等的優(yōu)點(diǎn)，而且擁有很好的融合度，能夠融合激光反射強(qiáng)度和物體色彩等三位激光影像數(shù)

88、據(jù)。它己經(jīng)在工業(yè)設(shè)計(jì)，工業(yè)制造，探測測量、醫(yī)學(xué)測量等方面取得了廣泛的應(yīng)用。它在不改變物體表面粗糙程度情況下對物體進(jìn)行快速準(zhǔn)確精密的測量，為工作人員提供了方便，對后續(xù)的模型建立和重構(gòu)具有很高的使用價(jià)值。但是由于當(dāng)前國內(nèi)科技水平并不發(fā)達(dá)，一些專業(yè)的探測設(shè)備和技術(shù)大部分都掌握在外國人的手中，我國這方面的研究還不夠完善，所以很少見到有國產(chǎn)的專業(yè)設(shè)備，因此在國內(nèi)該課題的研究具有很重大的意義，很光明的前景，我們應(yīng)該深入進(jìn)行下去，并不斷創(chuàng)新探討一些新

89、的方法，在未來三維激光探測技術(shù)也必然向著高速，動態(tài)，通用，精確的方向發(fā)展。而探測設(shè)備將更具智能化，人工的干預(yù)越來越少。同時(shí)探測結(jié)構(gòu)光由傳統(tǒng)的單一線光源發(fā)展出其他多種形式（如光點(diǎn)陣列，彩色條紋等），在更先進(jìn)的計(jì)算機(jī)硬件和算法軟件的支持下，能夠適應(yīng)更復(fù)雜多變的測量空間環(huán)境，甚至能進(jìn)行遠(yuǎn)距離大規(guī)模的地形探測。因此三維激光掃描技術(shù)無論在農(nóng)業(yè)，商業(yè)、軍事還是醫(yī)</p><p>　　通過測量儀器獲得的離散點(diǎn)坐標(biāo)來建立地面實(shí)物

90、的三維模型是難以實(shí)現(xiàn)的，但是三維激光掃描技術(shù)可以使地面實(shí)物實(shí)現(xiàn)從二維到三維的轉(zhuǎn)化，支撐起其他后續(xù)的一些基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。三維激光掃描技術(shù)應(yīng)用的領(lǐng)域非常廣泛，有測繪工程領(lǐng)域、結(jié)構(gòu)測量方面、娛樂業(yè)、建筑古跡測量方面、緊急服務(wù)業(yè)、采礦業(yè)、軍事測量方面、建筑水利方面等。三維激光掃描系統(tǒng)不但可以把各種各樣的地面實(shí)體的幾何和深度數(shù)據(jù)輸入到計(jì)算機(jī)中，然后高效率的建立出地面實(shí)物的三維模型。還可以直接進(jìn)入到所要研究的區(qū)域內(nèi)并且通過激光掃描儀獲取的掃描數(shù)據(jù)還可以在

91、后期工作中繼續(xù)使用。三維激光掃描系統(tǒng)在我國還處在應(yīng)用的起步階段，在數(shù)字城市、古物保護(hù)、道路交通、測量應(yīng)用等方面還是有一定的研究成果。</p><p>　　三維激光掃描技術(shù)是快速精確獲取三維空間信息的重要手段之一，尤其對于測繪領(lǐng)域來說，隨著控制信息需求的增加，三維激光掃描空間技術(shù)將和現(xiàn)代經(jīng)典測量技術(shù)進(jìn)行相互融合，三維激光掃描技術(shù)作為一種新的空間數(shù)據(jù)采集手段，將具有廣闊的發(fā)展空間，成為一種普遍在測繪領(lǐng)域應(yīng)用的新技術(shù)手

92、段。</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　首先我要感謝我的論文指導(dǎo)老師謝老師，本篇論文是在謝老師的諄諄教導(dǎo)下完成的，從論文的資料搜集、思路整理以及寫作過程中遇到的各種問題，謝老師都給予我耐心的指導(dǎo)。讓我對論文有了一個(gè)整體的思路，寫作起來?xiàng)l理性也好了很多。</p><p>　　特別感謝在大學(xué)四年中測繪工程的師生們。沒有測

93、繪教研室老師的耐心授教，我們將無法取得今天的成就，是各位老師認(rèn)真的傳道授業(yè)解惑，才使我們打開了測繪專業(yè)的大門，了解測繪的各方面知識與發(fā)展，也使我們在專業(yè)知識上打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。感謝測繪工程同學(xué)們的友愛互助，是在一起的四年中大家團(tuán)結(jié)協(xié)作、互相幫助形成的良好學(xué)習(xí)和生活氛圍為我的學(xué)習(xí)成長創(chuàng)造了良好的條件。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[

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