三維激光掃描儀測量原理

三維激光掃描儀基于激光的單色性、方向性、相干性和高亮度等特性，在注重測量速度和操作簡便的同時，保證了測量的綜合精度，其測量原理主要分為測距、測角、掃描、定向四個方面。

1.測距原理

激光測距作為激光掃描技術(shù)的關(guān)鍵組成部分，對于激光掃描的定位、獲取空間三維信息具有十分重要的作用。目前，測距方法主要有：三角法、脈沖法，相位法。

1.1三角測距法

三角法測距是借助三角形幾何關(guān)系，求得掃描中心到掃描對象的距離。激光發(fā)射點(diǎn)和CCD 接收點(diǎn)位于長度為的高精度基線兩端，并與目標(biāo)反射點(diǎn)構(gòu)成一個空間平面三角形。

1.2脈沖測距法

脈沖測距法是通過測量發(fā)射和接收激光脈沖信號的時間差來間接獲得被測目標(biāo)的距離。脈沖法的測量距離較遠(yuǎn)，但是其測距精度較低，現(xiàn)在大多數(shù)三維激光掃描儀都使用這種測距方式，主要在地形測繪、文物保護(hù)、“數(shù)字城市”建設(shè)、土木工程等方面有較好的應(yīng)用。

1.3相位測距法

相位法測距是用無線電波段的頻率，對激光束進(jìn)行幅度調(diào)制，通過測定調(diào)制光信號在被測距離上往返傳播所產(chǎn)生的相位差，間接測定往返時間，并進(jìn)一步計(jì)算出被測距離。相位型掃描儀可分為調(diào)幅型，調(diào)頻型，相位變換型等。設(shè)激光信號往返傳播產(chǎn)生的相位差為準(zhǔn)，脈沖的頻率為f，則所測距離S 為：

S=(c/2)*(Ø)/2πf    (3)

由公式(3)可知，這種測距方式是一種間接測距方式，通過檢測發(fā)射和接收信號之間的相位差，獲得被測目標(biāo)的距離。測距精度較高，主要應(yīng)用在精密測量和醫(yī)學(xué)研究，精度可達(dá)到毫米級。

以上三種測距方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，主要集中在測程與精度的關(guān)系上，脈沖測量的距離最長，但精度隨距離的增加而降低。相位法適合于中程測量，具有較高的測量精度，但是它是通過兩個間接測量才得到距離值，所以應(yīng)用這種測距原理的三維激光掃描儀較少。

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