Принцип формирования дискретной трехмерной модели объекта съемки лазерным сканером

Трехмерное лазерное сканирование

Сканер предназначен для съемки различных объектов (зданий, сооружений, местности и т.д.). Результатом является трехмерная модель объекта в виде совокупности точек, для каждой из которых определены пространственные координаты X,Y,Z и интенсивность отраженного сигнала d.

Сканер представляет собой устройство, объединяющее в себе теодолит, лазерный дальномер и сенсор. Таким образом, для любой точки объекта, регистрируются горизонтальный j и вертикальный n углы с помощью теодолита, расстояние D с помощью лазерного дальномера и интенсивность отраженного сигнала дальномера d с помощью сенсора (рис.1).

Рис.1

Задавая диапазон (j_min,n_min и j_max,n_max) и шаг (Dj,Dn) изменения горизонтальных и вертикальных углов сканер автоматически с помощью моторов последовательно устанавливает луч лазера и регистрирует параметры j, n, D и d для каждой точки объекта в заданных пределах. Точность установки Dj,Dn с помощью моторов ниже точности измерения углов j, n, поэтому для каждой точки сканирования регистрируются значения j, n.

Соответствующие координаты точек модели объекта вычисляются по известным формулам:

(1)

Координаты точек модели объекта X’,Y’,Z’ получаются в пространственной системе координат сканера (модели) SX’Y’Z’ (рис.1). Эта система координат связана с системой отсчетов горизонтальных и вертикальных углов в сканере и в общем случае произвольно ориентирована в пространстве.

В зависимости от метода измерения расстояния D сканеры можно разделить на две большие группы : импульсные и фазовые.

Импульсные сканеры основаны на измерении времени t прохождения лазерного луча от сканера до объекта и обратно. В этом случае расстояние вычисляется как:

где v – скорость распространения электромагнитных волн.

Фазовые сканеры основаны на измерении разности фаз посылаемых и принимаемых модулированных сигналов и количества целых длин волн между сканером и объектом. Расстояние можно вычислить по формуле:

Где К – целое количество длин волн, укладывающихся на данном расстоянии.

λ– длина волны.

∆φ – разность фаз между прямой и обратной волной.

Главное преимущество фазового метода измерения расстояний - более высокая точность и скорость съемки.