如何选择地面三维激光扫描仪修订版

如何选择地面三维激光扫描仪一、三维激光扫描仪原理w1、三维激光扫描仪构成：w三维激光扫描仪主要由激光发射器、接收器、时间计数器、马达控制可旋转的滤光镜、控制电路板、微电脑和软件等组成。w2、三维激光扫描仪原理w激光脉冲发射器周期地驱动激光二极管发射激光脉冲，由接收透镜接受目标外表后向反射信号，产生接收信号，利用稳定的石英时钟对发射与接收时间差作计数，最后由微电脑通过软件，按照算法处理原始数据，从中计算出采样点的空间距离;通过传动装置的扫描运动，完成对物体的全方位扫描;然后进行数据整理从而获取目标外表的点云数据。w3、三维坐标确定方法w4、三维激光扫描仪应用w量化实景对象、三维信息采集、逆向三维重构、逆向三维建模w空间数据反求、对象逆程设计、预研仿研仿制、虚拟现实应用w正向工程反证、逆向工程实施、概念设计仿真、逆向制图复原w结构特性分析、试验工程仿真、后数据测计量、目标形变监测w工程技效评估、电脑模拟实战、环境适应仿真、工程力学分析w对抗模拟推演、企业无纸操作、虚拟设计制造、科目效果测试w整合三维资源、创立三维流程、工装工艺规划、改进改造工程w历史资源修复、任务方案优化、对象加载仿真、设施维护维修w5、三维激光扫描仪应用领域w核电站，文物，考古，建筑业，航天，航空，船舶，制造，军工，军事，w石化，医学，水利，能源，电力，交通，机械，影视，教学，科研，汽车，公w安，市政建设.二、三维激光扫描仪分类w目前市场上销售的地面式三维激光扫描仪按扫描方式划分有两种：1、基于时间-飞行差，又称脉冲式；2、基于相位差，又称相位式。1、测量原理w1.1脉冲式测量原理w由激光发射器发射出的激光经被测量物体的反射后又被测距仪接收.测距仪同时记录激光往返的时间.光速和往返时间的乘积的一半.就是测距仪和被测量物体之间的距离，设备记录本身在水平和垂直方向的旋转角度，再通过软件，计算出三维数据。w1.2、相位式测量原理w相位式测量是用无线电波段的频率.对激光束进行幅度调制并测定调制光往返测线一次所产生的相位延迟.再根据调制光的波长.换算此相位延迟所代表的距离，即用间接方法测定出光经往返测线所需的时间，设备记录本身在水平和垂直方向的旋转角度，通过软件计算出三位数据。如以下图：相位式测量原理图2、两种方式三维激光扫描仪主要性能特点w2.1脉冲式：wa.射程：大于200米，最远的甚至到达6,000米；b.精度：对于中距离脉冲扫描式三维激光扫描仪最大射程：2,000米：2 mm 7 mm 测量距离50米时；对于超长距离脉冲扫描式三维激光扫描仪最大射程：6,000米：15 mm 测量距离50米以内时。wc.最大激光发射频率：2,000 300,000赫兹。d.扫描速度：受脉冲式影响，扫描速度受到限制。we.太阳光和室外光线对扫描点数和精度影响：小。wg.应用于以下领域:测绘.矿山.隧道.电力.水利.通讯.环境.建筑.地质.警务.消防.爆破.航海.铁路.反恐/军事.农业.林业.房地产.休闲/户外运动等.w22相位式a.射程：受相位式影响，扫描射程会受限制。Leica 6200 0.4-79米，法如120米，Surphaser 0.2-140b.精度：2 mm(距离：25米：12 mm 距离：90%，最大射程为200米。在实际应用中，对于建筑物和地形地貌扫描，它的最大射程大约在120米。wwI-Site8800设计定义为专业矿山型三维激光扫描仪。其最大特性就是扫描距离远。针对反射率仅为10的物体扫描距离就可到达500m。对于建筑，地形地貌最为专业。w对于相位式三维激光扫描仪，受扫描模式限制扫描距离也受到限制。目前突破100m的产品只有Surphaser和FARO。wLeicaHDS6200标定最大测距79m，在室内应用时，最大距离应该在50m以内；在室外应用时，阴天可在30m以内使用，晴天20m或不可用。晴天时20处，Leica公司标配的标靶都不可识别了。wFARO Photon 120 据说最远能够到达153米，据实验目前最高反射率物体90以上能到达100米就不错了。wSurphaser产品目前是严格按照美国军方标准制定，测距标定方法主要是针对行业应用。实际测量范围比规定范围要大的多。w SR标称0.2-5米 是定义的高精工业级别，实际在普通环境中可达35米，并保证精度0.3mm。如果在黑暗环境可达46米。IR_X 标称0.4-19米 实际 0.4-45米wMR_X 标称1-30米 实际0.5-50米wER_XQ 标称 1.5-50米 实际 1-70米wER_XS 标称 1-70米 实际 1-140米w目前Surphaser在相位式中是测量距离最远的w4、扫描精度w由上述理论得知激光发射频率和角度分辨率是影响精度的最关键参数。w一般来讲，为了到达最高的精度，在扫描时，我们要选择设备的最高的激光发射频率和最小的角度分辨率，使得扫描的激光点云密度到达设备的最大值。w发射频率越高单位时间内发射的激光点就越多，角度分辨率越小激光点间距就越小，从而点云密度就会越高。wSurphaser 25HSX SRw扫描速度120万点/秒 角度分辨率1wLeica HDS6200w扫描速度100万点/秒 角度分辨率6.4wFARO FOcus3Dw扫描速度97.6万点/秒 角度分辨率32w扫描精度结果一目了然 脉冲式三维激光扫描仪，精度测量重复性好，受光线影响小，但是如果垂直扫描角度较大时，由于激光点云的斑点形状变形圆形的成为椭圆或畸形，也会使精度显著降低。精度与所使用的标靶的反射率和形状以及垂直扫描角有关 大多公司所给出的精度全是在最理想的标靶情况下得出的，因此，用户不可能指望他在使用中能够到达标识精度。下面有汉堡大学对徕卡、Optech、天宝、Z&F、Faro等做的实验比较结果。wFaro、天宝与其公布的相差较大，Optech其次，徕卡和Z&F所公布的精度相差最小。w但是全是其屡次重复扫描的精度，并且是使用特殊的优质球型标靶。相差最小的徕卡的scanstation2，厂家给出的点位精度为6mm，距离精度为4mm(50米距离)。但是，在实际应用中，即使你使用徕卡推荐的标靶，在50米的距离，采用小的垂直扫描角度，你也达不到8mm的精度，请不要沮丧，因为他们使用的标靶是不一样的。wI-Site8800角度分辨率3.6是大范围三维激光扫描仪中角度分辨率最小的。10mm的精度对于2000m的扫描范围来说也是非常高的。w5、激光的平安等级，如何分类w激光的平安等级是根据激光器所产生的激光对人体的损害程度而分类的。激光的分类从CLASS I无损害到CLASS IV 激光。Class I 激光属于低能量级激光设备，它是非常平安的并且可防止所有的静电危险。下面是CLASS I 激光的几个应用领域：激光打印机，CD播放器，CD ROM 设备，地质勘测设备以及实验分析设备。无论在任何条件下CLASS I 激光都不会对人体或皮肤产生损害。使用CLASS I 激光设备时，无需其它辅助平安设备。wCLASS II 激光也属于低能量级激光功率2000mw特点视场角：80X360度距离精度：10mm激光等级：Class 1重量：不含电池14公斤内置相机：70百万像素线扫描全景相机同轴光学望远镜，红色激光指示Leica徕卡w公司概况w总部在瑞士，国际知名测绘仪器生产商w w :/w :/w在售产品型号：wHDS6100，HDS6200(来自德国Z+F的IMAGER 5006i的OEM产品)wScanStation1，ScanStation2全站仪式wScanStation C10 收购美国CRYA公司后的产品wHDS4400(来自Maptek的I-Site4400)Leica-HDS6100w扫描方式：相位式w扫描速度50万8千点每秒w扫描范围0.4m79mw特点一体化，高度集成，内置电池，硬盘；无内置相机；310X360度视场角最小点间距0.1mm委托德国Z+F OEM的产品Leica-HDS6200w扫描方式：相位式w扫描速度100万点每秒w扫描范围0.4m79mw特点一体化，高度集成，内置电池，硬盘；无内置相机；310X360度视场角最小点间距0.1mm委托德国Z+F OEM的产品wLeicaHDS600系列产品是通过合同，让德国Z&F 公司为其OEM生产，贴徕卡的牌子。HDS6000,HDS6100,HDS6200 一款产品三个不同型号，HDS6100,是HDS6000的升级版，参数无差异；HDS6200是 HDS6100的升级版，除扫描速度由50.8万点/秒变为100万点/秒，其他参数没有改变。真正的产品制造商德国Z&F 公司的产品标称一直是50.8万点/秒，没有改变。Leica-ScanStation1w扫描方式：脉冲式w扫描速度w5千点每秒w扫描范围w1m300mw特点w 全站仪式w高精度，高质量点云；w内置相机；w270X360度视场角w扫描范围全程点间距可1mmw双轴补偿+/-5范围内，精度1 Leica-ScanStation2w扫描方式：脉冲式w扫描速度w5万点每秒w扫描范围w1m300mw特点w 全站仪式w高精度，高质量点云；w内置相机；w270X360度视场角w扫描范围全程点间距可1mmw双轴补偿+/-5范围内，精度1 Leica-ScanStation C10w扫描方式：脉冲式w扫描速度5万点每秒w扫描范围300mw特点一体化，内部集成硬盘，摄像头实时取景，触摸屏；热拔插全站仪内置电池；激光下对点。wLeica-ScanStation是通过收购美国的Cyra公司后的产品，ScanStaion1是一款全站仪式的扫描仪，扫描速度5000点/秒，一年后Leica推出ScanStaion2标称扫描速度可到达50000点/秒，2021年推出ScanStaion C10，但参数上跟ScanStaion2没有变化。许多用户比照了徕卡公司的ScanStaion1和ScanStation2，发现其所有参数都一样，只有激光扫描速度由5,000点/秒提高到50,000点/秒。在使用时，也没有感觉到激光点云的密度有多大的增加。Leica公司在2021年原Cyra公司所有的六名技术人员，集体辞职。Leica-HDS4400w扫描方式：脉冲式w扫描速度w4400点每秒w扫描范围w3m700mw特点w内置高分辨率数码相机线CCD；w双轴补偿器；w同轴光学后视望远镜；w高防尘防水等级IP 65，工业级扫描控制器；w内置电池，含电池重量14KGw专业的地形和采矿处理配套软件。w激光指示wLeica HDS4400，通过合同，让澳大利亚I-Site 公司为其OEM生产，贴徕卡的牌子。w合同期限2021年12月31日，已到期。Leica以后不会再卖。w现在I-Site4400的升级版I-Site8800由北京未来星空科技开展，做大陆总代理。Trimble天宝w公司概况w总部在美国，国际知名测绘仪器生产商w w :/w在售产品型号：wVX(经常被当成扫描仪卖，实际是可照相和连续测量的伺服全站仪)wGXwFX购置Surphaser主要部件，自己组装wCPW8000全球唯一脉冲相位结合型产品Trimble-GXw扫描速度w5000点每秒w扫描范围w350mw特点w视场角360X60度；w实时一体化彩色摄像机；w双轴补偿器选件Trimble-FXw扫描方式：相位式扫描方式：相位式w扫描速度80万点每秒w扫描范围140mw特点视场角：360 x 310；误差可150 mw特点w内置相机w一款自动型全站仪；w价格廉价Trimble-CPW8000w扫描速度5万点每秒w扫描范围0.3-200mw特点视场角360X 300专业防爆认证设计实时一体化彩色全景相机世界上第一个结合脉冲和相位两种原理的扫描仪Rieglw公司概况w总部在奥地利，专门的地面、车载、机载扫描设备研究制造商w w在售产品型号：wLMS-Z390iwLMS-Z420iwLMS-Z620iwLPM-321wVZ-400Riegl-LMS-Z390iw扫描方式：脉冲式w扫描速度w1万1千点每秒w扫描范围w1m-400mw特点w精度：6mmw视场角：80X360度；w重量，15公斤不含电池w无内置相机Riegl-LMS-Z420iw扫描方式：脉冲式w扫描速度1万1千点每秒w扫描范围2m-1000mw特点精度：10mm视场角：80X360度；重量：16公斤Riegl-LMS-Z620iw扫描方式：脉冲式w扫描速度1万1千点每秒w扫描范围2m-2000mw特点精度：10mm视场角：80X360度；重量：16公斤Riegl-LPM-321w扫描方式：脉冲式w扫描速度w10点每秒-1000点每秒w扫描范围w10m-6000mw特点w精度：25mmw重量：16公斤w发散角：0.8毫弧度据此计算，0.0008XL,100米处光斑直径80mm,1000米处800mm,6000米处4800mmw屡次回波支持，可记录3次反射Riegl-VZ-400w扫描方式：脉冲式w扫描速度w最高12万5千点每秒w扫描范围w1.5m-600mw特点w视场角360X100度w集成度高，电池、操控面板、液晶屏、32G内存w重量9.8公斤w无内置相机w*屡次回波分析，可记录两次反射结果Riegl-VZ-1000w扫描方式：脉冲式w扫描速度w最高12万5千点每秒w扫描范围w1.5m-1400mw特点w视场角360X100度w集成度高，电池、操控面板、液晶屏、32G内存w重量9.8公斤w无内置相机w*屡次回波分析，可记录两次反射结果Optechw公司概况w位于加拿大的一家专注地面、车载、机载三维激光扫描仪研发和生产的企业w w在售产品型号：wILRIS-3DOptech-ILRIS-3Dw扫描方式：脉冲式w扫描速度w2500点每秒w扫描范围w3m-1500mw特点w视场角40X40度增加底盘配件后，可自动水平旋转到达360X40度w内置600万像素数码相机；w电池轻便；w外形和运输箱看起来小巧，扫描仪重13公斤，旋转平台重10公斤。Z+Fw公司概况w总部在德国，1963年成立，专业三维激光扫描仪研究制造商，在英国和美国设有分公司w w在售产品型号：wIMAGER 5006iZ+F-IMAGER5006iw扫描方式：相位式w扫描速度50万8千点每秒w扫描范围0.4m79mw特点一体化，高度集成，内置电池，硬盘；无内置相机；310X360度视场角最小点间距0.1mmZ+F-IMAGER5006hw扫描方式：相位式w扫描速度101万6千点每秒w扫描范围0.4m79mw特点一体化，高度集成，内置电池，硬盘；无内置相机；310X360度视场角最小点间距0.1mm5006i的升级版，目前不在国内销售Farow公司概况w总部在美国，工业测量硬件和软件生产商w w在售产品型号：wPhoton120wPhoton20wFocus 3D最小巧的三维激光扫描仪Faro-120/20w扫描方式：相位式w扫描速度w97万6千点每秒w扫描范围wPhoton120(0.6m-120m)wPhoton20(0.6m-20m)w特点w视场角：360X320度w重量：14.5公斤w电池、扫描控制均外置w无内置相机支架支持外置相机位置匹配w精度：25m处2mmFARO-Focus3Dw扫描方式：相位式w扫描速度w97.6万点/秒w扫描范围w0.6m-120mw特点w360305w体积小巧5kgw高度一体化w触控面板、电池、数据存储均内置w内置相机w价格廉价Topconw公司概况w总部在日本，测绘仪器生产商w w在售产品型号：wGLS-1000Topcon-GLS-1000w扫描速度3000点每秒w扫描范围1m-330mw特点视场角：360X70度精度：100米处4mm双轴补偿，精度：水平和垂直6秒内置200万像素数码相机重量16公斤内置电池，内置字符液晶屏，SD存储卡和21键控制板Topcon-GLS-1600w扫描速度30000点每秒w扫描范围1m-330mw特点视场角：360X70度精度：100米处4mm双轴补偿，精度：水平和垂直6秒内置200万像素数码相机重量16公斤内置电池，内置字符液晶屏，SD存储卡和21键控制板