什么是三维激光扫描数据处理

‘壹’ 三维激光扫描仪的应用领域

三维激光扫描仪已经成功的在文物保护、城市建筑测量、地形测绘、采矿业、变形监测、工厂、大型结构、管道设计、飞机船舶制造、公路铁路建设、隧道工程、桥梁改建等领域里应用。

三维激光扫描仪，其扫描结果直接显示为点云（pointcloud 意思为无数的点以测量的规则在计算机里呈现物体的结果），利用三维激光扫描技术获取的空间点云数据,可快速建立结构复杂、不规则的场景的三维可视化模型，既省时又省力，这种能力是现行的三维建模软件所不可比拟的 。

(1)什么是三维激光扫描数据处理扩展阅读

三维激光扫描仪的分类：

三维激光扫描仪按照扫描平台的不同可以分为：机载(或星载) 激光扫描系统、地面型激光扫描系统、便携式激光扫描系统。

三维激光扫描仪作为现今时效性最强的三维数据获取工具可以划分为不同的类型。通常情况下按照三维激光扫描仪的有效扫描距离进行分类，可分为：

（1）短距离激光扫描仪：其最长扫描距离不超过3m，一般最佳扫描距离为 0.6～1.2m，通常这类扫描仪适合用于小型模具的量测，不仅扫描速度快且精度较高，可以多达三十万个点精度至± 0.018mm。

例如美能达公司出品的 VIVID 910 高精度三维激光扫描仪，手持式三维数据扫描仪 FastScan等等，都属于这类扫描仪。

（2）中距离激光扫描仪：最长扫描距离小于 120 m的三维激光扫描仪属于中距离三维激光扫描仪，其多用于大型模具或室内空间的测量。例如：瑞士Leica 公司出品的 ScanStation P30/P40 三维激光扫描仪就属于这类扫描仪。

（3）长距离激光扫描仪 : 扫描距离大于 270m的三维激光扫描仪属于长距离三维激光扫描仪，其主要应用于建筑物、矿山、大坝、大型土木工程等的测量。例如：瑞士Leica 公司出品的 ScanStation P30/P40 三维激光扫描仪就属于这类扫描仪。

（4）超长测程激光扫描仪：最长扫描距离通常大于 1 公里，并且需要配备精确的导航定位系统，其可用于大范围地形的扫描测量。例如：瑞士Leica 公司出品的 ScanStation P50 三维激光扫描仪就属于这类扫描仪。

之所以这样进行分类， 是因为激光测量的有效距离是三维激光扫描仪应用范围的重要条件，特别是针对大型地物或场景的观测，或是无法接近的地物等等，这些都必须考虑到扫描仪的实际测量距离。

此外，被测物距离越远， 地物观测的精度就相对较差。 因此，要保证扫描数据的精度， 就必须在相应类型扫描仪所规定的标准范围内使用。

‘贰’ 三维激光扫描仪的知识有哪些

主要分类：

按测量方式可分为基于脉冲式；基于相位差；基于三角测距原理。

按用途可分为为室内型和室外型。也就是长距离和短距离的不同。一般基于相位差原理的三维激光扫描仪测程较短，只有百米左右。而基于脉冲式原理的三维激光扫描仪测程较长，测程最远的可达6公里。

按生产厂家不同：青岛恒准（中国），Z+F(德国)，Surphaser（美国），I-site (澳大利亚maptek)，Riegl（奥地利），徕卡（瑞士），天宝（美国），Optech（加拿大），拓普康（日本），Faro等产家。

基本功能：

三维测量：传统测量概念里，所测的的数据最终输出的都是二维结果（如CAD出图），在测量仪器里全站仪，GPS比重居多，但测量的数据都是二维形式的， 在逐步数字化的今天，三维已经逐渐的代替二维，因为其直观是二维无法表示的，三维激光扫描仪每次测量的数据不仅仅包含X,Y,Z点的信息，还包括R,G,B颜色信息，同时还有物体反色率的信息，这样全面的信息能给人一种物体在电脑里真实再现的感觉，是一般测量手段无法做到的。

快速扫描：

快速扫描是扫描仪诞生产生的概念，在常规测量手段里，每一点的测量费时都在2-5秒不等，更甚者，要花几分钟的时间对一点的坐标进行测量，在数字化的今天，这样的测量速度已经不能满足测量的需求，三维激光扫描仪的诞生改变了这一现状，最初每秒1000点的测量速度已经让测量界大为惊叹，而现在脉冲扫描仪（scanstation2）最大速度已经达到50000点每秒，相位式扫描仪Surphaser三维激光扫描仪最高速度已经达到120万点每秒，这是三维激光扫描仪对物体详细描述的基本保证，古文体，工厂管道，隧道，地形等复杂的领域无法测量已经成为过去式。

无臂式手持 3D 扫描系统和双摄像头传感器形成了一个独特的组合，确保在实验室和工作场所能生成最精确的测量值。 这一完备且功能强大的检测方案提高了测量过程的可靠性、速度和多功能性。 在铰接臂方面与其他 3D 扫描仪相比较，光学 3D 扫描系统可以完全自由移动，显着提高了工作效率和质量！

‘叁’ 三维扫描仪的工作原理是怎么样的

三维扫描仪的基本工作原理是：采用一种结合结构光技术、相位测量技术、计算机视觉技术的复合三维非接触式测量技术。采用这种测量原理，使得对物体进行照相测量成为可能，所谓照相测量，就是类似于照相机对视野内的物体进行照相，不同的是照相机摄取的是物体的二维图象，而研制的测量仪获得的是物体的三维信息。与传统的三维扫描仪不同的是，该扫描仪能同时测量一个面。测量时光栅投影装置投影数幅特定编码的结构光到待测物体上，成一定夹角的两个摄像头同步采得相应图象，然后对图象进行解码和相位计算，并利用匹配技术、三角形测量原理,解算出两个摄像机公共视区内像素点的三维坐标。

至于具体的三维扫描仪产品可以访问威布三维官网查看。

‘肆’ 三维激光扫描技术的发展和应用是什么情况

应用就很广泛，前景应该还行的，不过对于一些表面结构复杂的激光的容易有死角。拍照式的三维扫描仪，光学的现在在逆向这块应该也很广泛。文物方面的国内有一家三维扫描仪的公司也在扫，拍大型一点的文物用三维扫描仪和摄影测量系统也可以的。

‘伍’ 什么是三维激光扫描仪

文名称:
三维激光扫描仪
英文名称:
three
dimensional
laser
scanner
定义:
通发射激光扫描获取测物体表面三维坐标反射光强度仪器种接触式主测量系统
三维激光扫描技术称实景复制技术测绘领域继GPS技术技术革命突破传统单点测量具高效率、高精度独特优势.三维激光扫描技术能够提供扫描物体表面三维点云数据用于获取高精度高辨率数字形模型
三维激光扫描技术世纪九十代期始现项高新技术继GPS空间定位系统项测绘技术新突破通高速激光扫描测量面积高辨率快速获取测象表面三维坐标数据快速、量采集空间点位信息快速建立物体三维影像模型提供种全新技术手段由于其具快速性接触性穿透性实、态、主性高密度、高精度数字化、自化等特性其应用推广能像GPS引起测量技术革命
三维激光扫描技术近现新技术内越越引起研究领域关注利用激光测距原理通记录测物体表面量密集点三维坐标、反射率纹理等信息快速复建测目标三维模型及线、面、体等各种图件数据由于三维激光扫描系统密集量获取目标象数据点相于传统单点测量三维激光扫描技术称单点测量进化面测量革命性技术突破该技术文物古迹保护、建筑、规划、土木工程、工厂改造、室内设计、建筑监测、交通事故处理、律证据收集、灾害评估、船舶设计、数字城市、军事析等领域尝试、应用探索三维激光扫描系统包含数据采集硬件部数据处理软件部按照载体同三维激光扫描系统机载、车载、面手持型几类

‘陆’ 激光三维扫描仪原理是什么

三维激光扫描技术是近年来出现的新技术，在国内越来越引起研究领域的关注。它是利用激光测距的原理，通过记录被测物体表面大量的密集的点的三维坐标、反射率和纹理等信息，可快速复建出被测目标的三维模型及线、面、体等各种图件数据。由于三维激光扫描系统可以密集地大量获取目标对象的数据点，因此相对于传统的单点测量，三维激光扫描技术也被称为从单点测量进化到面测量的革命性技术突破。该技术在文物古迹保护、建筑、规划、土木工程、工厂改造、室内设计、建筑监测、交通事故处理、法律证据收集、灾害评估、船舶设计、数字城市、军事分析等领域也有了很多的尝试、应用和探索。三维激光扫描系统包含数据采集的硬件部分和数据处理的软件部分。按照载体的不同，三维激光扫描系统又可分为机载、车载、地面和手持型几类。
应用扫描技术来测量工件的尺寸及形状等原理来工作。主要应用于逆向工程，负责曲面抄数，工件三维测量，针对现有三维实物（样品或模型）在没有技术文档的情况下，可快速测得物体的轮廓集合数据，并加以建构，编辑，修改生成通用输出格式的曲面数字化模型。

‘柒’ 什么是三维激光扫描仪

三维激光扫描仪，又名实景复制技术，其主要利用的是激光测距的原理，即通过对被测物体表面大量点的三维坐标、纹理、反射率等信息的采集，来对其线面体和三维模型等数据进行重建。该种方法精度高、性能好，在交通事故处理、土木工程、室内设计、数字城市、建筑监测、灾害评估、军事分析等诸多方面都存在应用，且其突破了传统的单点测量，使得扫描技术向面测量迈进。

‘捌’ 三维激光扫描技术及在隧道监测中的应用

近年来

随着各大城市公共建设的加速发展

隧道的开挖、检测、维护工作量明显增大

加之隧道结构的复杂性、避光性等因素

隧道监测勘测工作告急

探索符合社会需求的隧道科学勘测手段

做好隧道工程施工与运营工作

是社会民生经济正常发展的重要保障

传统的全站仪、断面仪等隧道勘测方式占用过多的施工时间，监测效率很低，且数据结果表述单一，需要大量的技术人员配合，对于人力物力的消耗较大。

• 扫描范围：350m

• 可视范围：614米处最大50万点/秒；307米处100万点/秒；153米处200万点/秒

• 测量速度：最大200万点/秒

• 测距误差：±1mm

• 分辨率：彩色1亿6千5百万像素

Faro Focus S plus 350多功能化

• 捕捉的三维数据可在挖掘计划制定期间用于进行质量控制；

• 精确定位混凝土、圆柱和其他组件；

• 表面平整度分析，以及健康和安全合规性；

• 所有项目合作伙伴都可以访问相同的可靠数据，以实现紧密协作，从而进一步降低出现误差和返工的风险；

• 用扫描的站点信息更新设计数据可确保最终移交文档满足当今严格的准确性要求，最终建造出符合要求的工程建筑。

三维激光扫描技术为隧道数据勘测提供了新的方法和手段，同时也推动了空间三维数据获取方式向着实时化、动态化、集成化、数字化和智能化的方向发展。

‘玖’ 三维激光扫描数据建模流程

利用三维激光扫描数据建模，包含数据预处理、数字模型还原、激光数据契合、模型位置对应、模型贴图反馈和模型输出等步骤。

4.1.2.1 数据预处理

通过Faro Scene软件对扫描的数据进行预处理，其中包括去噪、拼接、合并等。

步骤一：利用Faro Scene打开点云数据（图4.4）。

图4.4 打开点云数据菜单

步骤二：使用Faro Scene 软件的自动去噪功能，通过设置反射系数或离群点自动去噪，降低噪点值，提高数据精确度（图4.5）。

图4.5 降噪菜单

步骤三：在点云数据表面任意找出3～4个同名点，通过软件的自动拼接功能将同一物体的不同数据精确地拼接到一起（图4.6）。

图4.6 标记扫描点视图

步骤四：通过我们标记的同名点，合并扫描数据。将不同的扫描数据以同名点为相对坐标，将扫描数据自动合并到一起（图4.7）。

图4.7 布置扫描菜单

4.1.2.2 数字模型还原

通过KUBIT PointCloud 6.0软件对合并好的激光数据进行数字模型还原。

步骤一：在Faro Scene 软件中将已经处理合并好的点云数据，导出为 KUBIT Point⁃Cloud 6.0软件支持的数据格式，如PTC、XYZ等（图4.8）。

步骤二：通过 KUBIT PointCloud 6.0 软件，将导出的数据加载到 CAD 平台中（图4.9、图4.10）。

图4.8 导出扫描数据菜单、打开点云数据菜单

图4.9 插入点云数据菜单

步骤三：通过KUBIT PointCloud 6.0 软件提供的点云切片、裁剪等编辑以及建模功能，将激光数据还原为数据模型（图4.11、图4.12、图4.13）。

图4.10 三维激光扫描点云数据

图4.11 激光数据编辑功能

图4.12 建模功能菜单

图4.13 点云数据实体化图像

4.1.2.3 激光数据契合

通过KUBIT PointCloud 6.0软件对模型进行激光数据契合，提高模型精度。

步骤一：使用KUBIT PointCloud 6.0软件将建立好的三维模型与激光点云数据同时加载到CAD平台下（图4.14）。

图4.14 碰撞检测功能菜单

步骤二：使用 KUBIT PointCloud 6.0 软件的碰撞检测功能，检测点云与模型的契合度。

4.1.2.4 模型位置对应

通过KUBIT PointCloud 6.0软件对模型进行位置对应。

步骤一：使用KUBIT PointCloud 6.0软件将图像插入到模型所在视图中（图4.15）。

图4.15 插入图像菜单

步骤二：为图像与模型的对应选择控制点或者同名点（图4.16）。

图4.16 选择控制点或同名点菜单

步骤三：通过选择的同名点或控制点软件就可以自动将图像与模型位置一一对应（图4.17）。

图4.17 选择图片导向菜单

4.1.2.5 模型贴图反馈

模型位置对应后，通过KUBIT PointCloud 6.0软件对模型进行贴图反馈。

步骤一：进行位置对应后，通过材质浏览器将图像反馈到模型上（图4.18）。

步骤二：反馈后的文件可以通过贴图菜单中的平面贴图、长方体贴图、柱面贴图等命令进行调整或编辑（图4.18）。

图4.18 贴图反馈菜单

4.1.2.6 模型输出

贴图完成后进行贴图嵌入式模型输出。

步骤一：在CAD菜单中选择文件菜单下的输出命令（图4.19）。

图4.19 贴图嵌入式模型输出菜单

步骤二：在弹出的对话框中选择文件类型的下拉菜单，在其中选择嵌入式的模型文件（如FBX等）进行输出（图4.20）。

图4.20 选择文件类型视图