三維激光掃描儀測(cè)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(cè)量速度和操作簡(jiǎn)便的同時(shí)，保證了測(cè)量的綜合精度，其測(cè)量原理主要分為測(cè)距、測(cè)角、掃描、定向四個(gè)方面。

1.測(cè)距原理

激光測(cè)距作為激光掃描技術(shù)的關(guān)鍵組成部分，對(duì)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(cè)距方法主要有：三角法、脈沖法，相位法。

1.1三角測(cè)距法

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

1.2脈沖測(cè)距法

脈沖測(cè)距法是通過(guò)測(cè)量發(fā)射和接收激光脈沖信號(hào)的時(shí)間差來(lái)間接獲得被測(cè)目標(biāo)的距離。脈沖法的測(cè)量距離較遠(yuǎn)，但是其測(cè)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(cè)距方式，主要在地形測(cè)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(cè)距法

相位法測(cè)距是用無(wú)線電波段的頻率，對(duì)激光束進(jìn)行幅度調(diào)制，通過(guò)測(cè)定調(diào)制光信號(hào)在被測(cè)距離上往返傳播所產(chǎn)生的相位差，間接測(cè)定往返時(shí)間，并進(jìn)一步計(jì)算出被測(cè)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(hào)往返傳播產(chǎn)生的相位差為準(zhǔn)，脈沖的頻率為f，則所測(cè)距離S 為：

S=(c/2)*(Ø)/2πf    (3)

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

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

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