地面三維激光掃描系統(tǒng)主要由三維激光掃描儀,、計(jì)算機(jī)控制單元,、電源供應(yīng)系統(tǒng)、支架以及系統(tǒng)配套軟件構(gòu)成,,其重要組成部分三維激光掃描儀由計(jì)時(shí)器,、激光脈沖發(fā)射器、激光接收器、測(cè)角系統(tǒng),、內(nèi)驅(qū)動(dòng)裝置、CCD 相機(jī),、控制系統(tǒng)及其他輔助功能系統(tǒng)構(gòu)成,。
三維激光掃描儀器工作時(shí),由激光測(cè)距系統(tǒng)向被測(cè)物體發(fā)射激光,,由計(jì)時(shí)系統(tǒng)記錄激光從發(fā)射到返回的時(shí)間,,同時(shí)測(cè)角系統(tǒng)捕獲掃描儀器與被測(cè)物體間的水平角和豎直角,通過(guò)系統(tǒng)集成的驅(qū)動(dòng)馬達(dá)和激光轉(zhuǎn)向鏡對(duì)掃描區(qū)域進(jìn)行覆蓋式掃描,,以此實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)物體的三維坐標(biāo)采集,。
在獲取目標(biāo)物體的三維坐標(biāo)信息的同時(shí),會(huì)同步記錄各點(diǎn)位的激光反射強(qiáng)度(Intensity),,并由 CCD相機(jī)獲取目標(biāo)物體各個(gè)點(diǎn)位的 RGB 色彩信息,。因此所得到的點(diǎn)云數(shù)據(jù)不再是傳統(tǒng)全站儀所獲得的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù),而是包含了反射強(qiáng)度和 RGB 色彩數(shù)字信息的更為豐富的數(shù)據(jù),。
三維激光掃描儀器在測(cè)量的過(guò)程中,,以自身定義的坐標(biāo)系統(tǒng)為基準(zhǔn),激光發(fā)射點(diǎn)亦即水平與豎直旋轉(zhuǎn)軸的交點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn),,Z 軸豎直向上位于豎向掃描面內(nèi),,向上為正;X 軸與 Y 軸互相垂直于所在的平面內(nèi),,Y 軸正向指向物體,,且與 X 軸、Z 軸一起構(gòu)成右手坐標(biāo)系,。如下圖所示,。
三維激光掃描儀器并不是直接獲得被測(cè)物體的坐標(biāo),是通過(guò)激光所測(cè)的距離與水平角和豎直角反算得到被測(cè)物體的三維坐標(biāo),。儀器實(shí)測(cè)的數(shù)據(jù)有激光發(fā)射到返回的時(shí)間,??,?,,距離 S,垂直角度,?,?與水平角度?,?,,則點(diǎn)的三維坐標(biāo)可由下式解算出:
其中 C 是光速,?,?,?為激光往返的時(shí)間。三維激光掃描儀的主要技術(shù)激光測(cè)距技術(shù)從測(cè)距原理上可分為三種:基于脈沖往返時(shí)間測(cè)量距離的脈沖測(cè)距法,、激光三角法及利用相位測(cè)量原理的相位測(cè)距法,。激光三角法利用于光斑成像位置轉(zhuǎn)為“角邊角問(wèn)題”求解三角形計(jì)算距離的。
相位測(cè)距法利用不間斷的整數(shù)波長(zhǎng),,通過(guò)記錄信號(hào)往返傳播產(chǎn)生的相位差,,間接計(jì)算被測(cè)物體的距離,由下式可得出距離 S,。
其中 c 為光速,,?是相位差,,,??是信號(hào)往返相位差不足 2??部分,,f 是脈沖頻率,,n 是調(diào)制信號(hào)半波長(zhǎng)整數(shù),,?,??為不足波長(zhǎng)的小數(shù)部分,。