三维扫描范文
时间：2023-03-09 23:13:35
三维扫描范文第1篇
关键词：三维激光扫面技术；点云拼接；三维重构
前言
三维激光扫描技术是一种先进的全自动高精度立体扫描技术，又称为“实景复制技术”，是继GPS空间定位技术后的又一项测绘技术革新。传统的大地测量方法，如三角测量方法，GPS测量都是基于点的测量，而三维激光扫描是基于面的数据采集方式。三维激光扫描获得的原始数据为点云数据。点云数据是大量扫描离散点的结合。三维激光扫描的主要特点是实时性、主动性、适应性好。三维激光扫描数据经过简单的处理就可以直接使用，无需复杂的费时费力的数据后处理；且无需和被测物体接触，可以在很多复杂环境下应用；并且可以和GPS等集合起来实现更强、更多的应用。三维激光扫描技术作为目前发展迅猛的新技术，必定会在诸多领域得到更深入和广泛的应用。
1、三维激光扫描仪工作原理
三维激光扫描仪的主要构造是由一台高速精确的激光测距仪，配上一组可以引导激光并以均匀角速度扫描的反射棱镜。激光测距仪主动发射激光，同时接受由自然物表面反射的信号从而可以进行测距，针对每一个扫描点可测得测站至扫描点的斜距，再配合扫描的水平和垂直方向角，可以得到每一扫描点与测站的空间相对坐标。如果测站的空间坐标是已知的，那么则可以求得每一个扫描点的三维坐标。以Leica C10三维激光扫描仪为例，该扫描仪是以反射镜进行垂直方向扫描，水平方向则以伺服马达转动仪器来完成水平360度扫描，从而获取三维点云数据。
地面型三维激光扫描系统工作原理：三维激光扫描仪发射器发出一个激光脉冲信号，经物体表面漫反射后，沿几乎相同的路径反向传回到接收器，可以计算日标点P与扫描仪距离S，控制编码器同步测量每个激光脉冲横向扫描角度观测值α和纵向扫描角度观测值β。三维激光扫描测量一般为仪器自定义坐标系。X轴在横向扫描面内，Y轴在横向扫描面内与X轴垂直，Z轴与横向扫描面垂直。获得P的坐标。
三维激光扫描系统由地面三维激光扫描仪、内置数码相机、处理软件、电源以及附属设备构成，它采用非接触式高速激光测量方式，获取地形或者复杂物体的几何图形数据和影像数据。最终由后处理软件对采集的点云数据和影像数据进行处理转换成绝对坐标系中的空间位置坐标或模型，以多种不同的格式输出，满足空间信息数据库的数据源和不同应用的需要。
2、点云拼接
经过三维激光扫描仪共设立两站进行扫描，数据导入电脑，通过专用软件Cyclone处理可以在电脑上清晰显示扫面结果，并利用标靶进行点云拼接。以下为Cyclone显示效果和点云拼接效果图：
3、三维激光扫描技术的应用
最近几年，三维激光扫描技术不断发展并日渐成熟，目前三维扫描设备也逐渐商业化，三维激光扫描仪的巨大优势就在于可以快速扫描被测物体，不需反射棱镜即可直接获得高精度的扫描点云数据。这样一来可以高效地对真实世界进行三维建模和虚拟重现。因此，其已经成为当前研究的热点之一，并在文物数字化保护、土木工程、工业测量、自然灾害调查、数字城市地形可视化、城乡规划等领域有广泛的应用。
（1）测绘工程领域：大坝和电站基础地形测量、公路测绘，铁路测绘，河道测绘，桥梁、建筑物地基等测绘、隧道的检测及变形监测、大坝的变形监测、隧道地下工程结构、测量矿山及体积计算。
（2）结构测量方面：桥梁改扩建工程、桥梁结构测量、结构检测、监测、几何尺寸测量、空间位置冲突测量、空间面积、体积测量、三维高保真建模、海上平_、测量造船厂、电厂、化工厂等大型工业企业内部设备的测量；管道、线路测量、各类机械制造安装。
（3）建筑、古迹测量方面：建筑物内部及外观的测量保真、古迹（古建筑、雕像等）的保护测量、文物修复，古建筑测量、资料保存等古迹保护，遗址测绘，赝品成像，现场虚拟模型，现场保护性影像。
（4）紧急服务业：反恐怖主义，陆地侦察和攻击测绘，监视，移动侦察，灾害估计，交通事故正射图，犯罪现场正射图，森林火灾监控，滑坡泥石流预警，灾害预警和现场监测，核泄露监测。
（5）娱乐业：用于电影产品的设计，为电影演员和场景进行的设计，3D游戏的开发，虚拟博物馆，虚拟旅游指导，人工成像，场景虚拟，现场虚拟。
4.小结
实验表明，通过三维激光扫面技术可以极大提高目标物测量的精度与便捷性，同时避免直接接触目标物，可以最大限度保护测量人员的安全，同时可以避免对目标物特别是文物古迹造成破坏，数据经过处理后进行三维重构，可避免二次测量，可以预见，三维激光扫面技术的具有巨大的应用空间。
参考文献
[1]瑞士Leica Cyclone软件使用手册.
[2]戴升山，李田凤.地面三维激光扫描技术的发展与应用前景[J].电子测量技术，2009，（4）：11-15.
[3]马立广.地面三维激光扫描仪的分类与应用[J]. 地理空间信息2005，（3）：60-62.
[4]张瑞菊，王晏民，李德仁.快速处理大数据量三维激光扫描数据的技术研[J].测绘科学，2006，（5）：93-94.
[5]顾孝烈，鲍峰，程效军.测量学[M].上海：同济大学出版社，1990.
三维扫描范文第2篇
宋怡彪团队的德诺无人机三维扫描是当晚展示的11个创意项目中的一个。德诺专注于三维数字化与3D扫描技术，为制造业、医疗、文化创意、教育等领域的客户创造价值。“这部分技术德国做的最好，我们正处于替代德国进口设备的过程。”宋怡彪在接受《中国经济信息》记者采访时说。
德诺三维的技术主要应用于工业领域，“比如汽车生产符不符合要求，扫一遍一对比就能得到准确信息，每一点偏差都能知道。”宋怡彪说，除了做工业上的三维扫描，德诺三维还做航测机的三维扫描，用无人机完成。“借助其他团队无人机的平台，搭载我们自己的探测器，从图像获取到图像解析、三维创建，对地面的三维结构进行重建。”
德诺三维的技术还用在了苹果的供应链，“苹果手机的边缘曲线在生产上是非常难的点，所以苹果的生产线比别人的复杂，更加智能化，需要三维扫描来把握产品质量。我们为苹果的原材料供应商解决了这个问题。苹果供应商拿我们的设备对原材料进行检测，知道在结构上哪个部位偏差多少毫米。除了苹果，我们还为三星的S6以及比亚迪的供应商提供这项服务。”
关于产品的推广方式，宋怡彪谈到，“一是线下，找行业资深的人加入我们，对接行业资源，互补器材的资源。线上平台方面，我们想做三维扫描界的uber平台，客户在我们的平台不需要买设备，也可以借别人的设备完成这个事情，在平台上发出需求就OK了。”
宋怡彪的团队成立有一年半的时间，今年4月份进入中科创客学院，“在中科创客学院这半年是我们成长最快的时候。从一开始的3个人到现在的11个人。中科创客学院给与我们很多帮助和支持，还会为我们举办定期的投资人坐诊，分析商业模式，企业的SWOT，指出弱项等，大大提高投资谈判的效率。在产业化转变方面，中科学院会给我们渠道的推荐，比如京东众筹、硬蛋等。”
如今，德诺三维的实力在行业排名前三，面对市场竞争对手，宋怡彪的团队有自己的应对方法。“竞争对手一般都是有资金、运营渠道等积累，在财力物力拼不过的时候，我们就采取迂回战略，我们先做细分市场，针对行业做定制化，把产业化成本降低，把服务做好，然后再慢慢渗透到他们做的市场。”宋怡彪说，“我们现在主要集中在汽车和消费类电子行业。”
三维扫描范文第3篇
[关键词]参考点、扫描测量、三维光学扫描测量系统
中图分类号：TH74 文献标识码：B 文章编号：1009-914X（2014）18-0374-01
汽车工业是当今世界上最大的制造业之一，随着市场需求的改变，汽车的更新换代速度日趋加快，其设计、制造速度的快慢直接制约着汽车工业的发展，由此而提出的逆向工程在汽车工业中的应用将大大地促进汽车制造业的发展。逆向工程技术可以通过扫描测量获取实物外形坐标点、重建实物的三维数字模型。在此基础上可以方便地进行模型再设计、快速原型制造与快速模具制造等后续工作，从而大大节省研发时间，缩短设计周期。
1、三维光学扫描测量系统工作原理
三维光学扫描测量系统由左右两个高分辨率的工CCD相机和中央光栅投影单元组成，采用结构光测量的方式， 由光栅投影单元将一组具有相位信息的光栅条纹投影到测量工件表面，左右两个相机进行同步的测量， 利用立体相机测量的原理，可以在1 秒时间内准确获得500万到 800万个高密度的三维数据点；自动识别参考点和自动拼接，将不同位置和角度的测量数据对齐在统一的坐标系，获得完整零件的扫描结果。
2、三维光学扫描测量系统扫描测量汽车工件的前期准备
三维光学扫描测量系统通过每次（第一次除外）自动将扫描的数据进行拼合并统一到同一坐标系下，实现完整的工件三维点云数据。因此，为保证单幅扫描的点云能精度较高地拼合在统一的坐标系中，需要对固定参考点提出一定的要求。
2.1 固定参考点的要求
参考点粘贴于被测工件表面或被测工件周围。粘贴参考点的直径大小要合适，必须保证从斜的透视图中能看到参考点的直径范围内至少包含6～10个像素，以便ATOS系统进行识别。在工件的扫描测量过程中，为保证两个CCD镜头的单幅测量能以较小的拼合偏差合并到统一的坐标系中，两个CCD镜头的单幅照片应至少能看见前面已经标识过的3个固定参考点（第一张照片除外）；若能看见4个或更多已经标识且不在一条线上的参考点时，扫描测量系统的自动拼合精度会更高，建议最好有4个（或更多）公共参考点，这样精度才会高，否则测量后期误差会很大。
3、扫描测量方式
1）工件在扫描测量范围内。这种扫描测量方式可保证在单幅扫描中能清楚地看见已识别的3个及更多的参考点，容易保证拼合精度。
2）工件尺寸比扫描仪扫描测量范围大，又没有使用Tritop相机。采用这种扫描测量方式时，通常被扫描工件比ATOS扫描仪的扫描测量范围大2～3倍，并要求参考点有较好的分布。从被扫描工件的中部开始向两边扫描测量。
3）工件尺寸大，ATOS扫描仪配合Tritop相机使用。首先通过Tritop照相系统获取参考点坐标值：先拍比例尺和参考点；移开比例尺和编码参考点后用ATOS扫描仪单幅扫描。系统能精确地自动将单幅扫描合并到统一坐标系中，测量精度高。
4） 工件自身遮挡，利用单眼扫描。采用这种扫描方式前需要标定，首先打开投射光源，将白色平板放在标准距离上，调整光强扫描白色平板；然后把设备与白色平板靠近些，再调整光强扫描白色平板；最后把设备与白色平板离远些，再调整光强扫描白色平板，计算，完成标定过程。需要特别注意的是两个CCD相机都要完全看到白色平板，否则不能进行单眼扫描。
4、整车测量思路
对于整车应该采用扫描仪配合Tritop相机来测量。结合我公司三位光学扫描测量系统对扫描对象的要求，采用直径为5mm的参考点。
1）根据汽车对称性，选择较好的一侧（一般是左侧）进行完整测量。汽车左侧是结构较复杂的一侧。测量前先定好哪些特征是完全对称，扫描时要特别留意。
2）为了保证填充参考点质量，在粘贴参考点时要注意避开有特征的区域及一些工件的边缘；参考点数量要尽可能多一些，保证在560mm×420mm范围内有6～9个参考点。
3）测量前先选择贴7个（或者>7个）不同长、宽、高位置的参考点，来保证最后测量坐标统一到车身坐标系。
4）测量过程中对于完全对称的，可完整扫描一侧，另一侧按要求扫描；对于有所区别的对称，应该完整扫描不同的地方。
5）测量完，认真检查点云文件的完整性。将测量好的数据进行三角化处理。
5、结束语
三维扫描范文第4篇
关键词：数字校园 三维激光扫描 三维全景图片 点云数据
中图分类号：TD17 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）05-0106-03
“数字校园”是通过计算机信息技术等，将学校的环境、资源等各个要素进行数字化的表现。“数字校园”在大学的对外宣传、优化管理、校园规划、服务师生和学校发展等方面发挥了重要作用[1]。
通过摄制三维全景图片建立校园园景的数字三维空间图片库，建设高校独有的校园园景数据库，能够永久保存校园园景的全部信息，包括具体空间方位数据，同时可作为今后校园要实现数字化管理的基础。将三维空间全景图片嵌入于高校的“数字校园”平台，用户可以利用计算机网络进行远程访问，能够让外界更直观的了解高校的概况和特色，可以增强高校对外界的宣传作用，以及帮助新生进校对校园的熟悉与感知。
本文基于“数字校园”建设的理念，提出一种较为新颖的“数字校园”建设方案。具体创新点包括：（1）研究三维全景图片的摄制原理；（2）如何通过三维激光扫描技术快速获取精确度高的校园景观建筑的三维激光点云数据，并简述数据的后期处理及经验感受；（3）三维全景图片与三维激光扫描在“数字校园”建设上的结合应用。
1 三维全景图片技术
三维全景是以实际照片为素材，采用图像拼合插值技术，建立具有真实效果的虚拟场景，通过网络技术将全景场景加载到互联网上供用户体验观赏。它在技术上较为简单和实用的特点被广泛应用在三维电子商务，如在线的房地产楼盘展示、产品展示、虚拟旅游等领域。
三维全景图片的分类：（1）360度柱型全景：较为简单的全景场景图片。场景视角是水平360度，因此不能进行俯视和仰视。（2）720度球型全景：球形全景的场景视角是水平360度，上下360度，包含了整个天地视角的全景照片。（3）立方体切片全景：与球型全景一样，可看到场景的任意角度。与球形全景相比，在观赏效果上有效减缓了一般全景图片在改变视角时鱼眼变形效果严重的问题。
2 三维全景图片拍摄原理
三维全景图片拍摄对技术要求较高，拍摄者要清楚知道相机节点，并保证拍摄过程镜头节点尽量不被移动。对于全景拍摄，场景点的选择决定了三维全景图片的最终效果。三维全景的拍摄主要有两种方法，手持式三维全景图片拍摄法及全景云台节点调整拍摄法。
2.1 手持式三维全景图片拍摄法原理
手持式拍摄法只需要一台相机就能做到全景图片拍摄。此方法要求拍摄者能清楚知道相机节点位置。拍摄过程其实就是把拍摄者充当“全景节点云台”，通过有效练习和经验积累后可以得到很高的成功率。
保证节点位置尽量不被移动是手持全景拍摄最核心的原理技术难点，因为镜头节点位置的精确度对三维全景图片的后期拼接处理是非常重要的基础前提。下面将较为详细的分析镜头节点原理及如何精确定位节点位置。
节点是镜头的光学中心。一般我们会以相机的底座螺丝孔做为相机旋转的中心，但这样的旋转对全景拍摄的高精度拼接处理要求是远远不足的。如图1（a）所示，使用相机对前方的两根筷子以不同的角度拍摄三张照片，这种旋转的拍摄可能会因为视角导致三张照片分别对物体的表现是不可能实现高精度拼接。
如图2（b）所示，当相机的旋转位置是镜头节点处时，这时旋转相机，三张照片对物体的表现是一致的，这个点就是节点，以光学中心旋转镜头，前后物体透视不会发生变化，这样才能保证我们拼接照片的精度。只要固定住节点，无论以水平或垂直甚至任何方向去旋转相机，它都可以保证在画面中物体的关系是统一的。
通过对手持全景拍摄法有效练习和经验积累后我们可以得出一些选点结论，手持全景摄影入门时最好遵循下面几个选点规则：①由于全景图片拼接处理对节点精确度要求很高，尽量不要到狭窄空间拍摄；②尽量不要在有很多规则线条的地方进行拍摄。
2.2 全景云台节点调整拍摄法原理
全景节点云台能够保证相机在三角架上旋转构图的时候保证相机运动轴心位于节点上，大大提高后期拼图的精度度。不过仅仅有云台是不行的，还需正确的调整全景云台使相机的旋转位置位于镜头节点处。调整全景云台上相机的节点需要精确的计算和不断的调整，主要按一下两步调整。①对准镜头轴与三角架旋转轴。传统方法是目测，正向面对相机，观察镜头中心点是否在脚架的中心轴线上，误差控制到2mm左右，调整节点时，还要考虑中轴没对准的因素，使全景云台的调整变得相当复杂；②在镜头轴线上找到并对准节点位置（镜头节点位置的确定方法如2.1所述）。
2.3 全景图片的后期拼接处理
全景无缝拼接处理软件主要有PTGui Pro、Autopano Giga等。现有的全景图像拼接生成算法主要可以分为三类：基于特征的方法、基于流的方法和基于相位相关的方法。在得到拼接好的图像后，还需要对图像重叠部分进行处理，以实现图像的无缝拼接。目前经常采用的一种简单的图像缝合技术就是线性插值法[2]（Linear Interpolation）。
本文使用PTGui Pro进行全景图片的无缝拼接，步骤如下：①照片素材的对齐。将相邻图像按照重叠影像部分叠放在一起，通过软件计算照片素材重叠区域自动对齐；②照片素材的变形处理。图像边缘会由于相邻两张图像的角度不同而无法100%完全拼接，因此必须将重叠影像进行一定程度的变形操作；③混合。相邻两张图像的边界处不能完全接合，很可能产生边界线。所以软件能够自动对边界部分进行淡化处理，使其透明度降低，从而达到两个图像混合在一起的目的。④全景图片色彩处理。由于拍摄过程的环境光线明暗、旋转角度差异等因素导致全景图片有些区域曝光过度等问题，通过手动调整曝光修正等操作达到满意效果。
3 三维激光扫描技术
三维激光扫描技术是近年来发展迅速的一种新技术，已成为空间数据采集的一种重要技术手段，可用于城市建筑三维重建和建筑信息采集、智慧城市构建、数字校园可视化管理、工程测量、古建筑和文物保护、建筑信息BIM模型（Building Information Modeling）等领域。
3.1 三维激光扫描技术原理
目前主流的三维激光扫描系统主要有美国的FARO Focus 3D系统、瑞士的Leica HDS系统等。本文将以Focus 3D扫描仪简单的介绍三维激光扫描原理。
在Focus 3D三维激光扫描仪内，有1个激光脉冲发射体，2个反光镜快速旋转，将发射体发出的窄束激光脉冲依次扫过被测站点。扫描过程中，自动测量每个激光脉冲从发出到被测物表面再返回仪器所经过的时间来得出距离，同时编码器测量每个脉冲的角度，获取被测物体的三维真实坐标，形成了被测物体的点云图。利用FARO SCENE软件可快速处理点云原始数据，并能够输出各类点云数据（如.ptx、.ptc、.xyz等），用于三维建模、断面图的绘制等。数据也可用Navisworks、Pointools软件在完成乏维交互式可视化检测及概念设计等。
3.2 三维激光扫描技术在数字校园建设中数据采集的工程流程及三维建模方法
使用FARO三维激光扫描系统采集校园建筑数据的工作流程及三维建模大致分为三部分，如图3所示：①计划制定；②外业数据采集；③内业数据处理。
（1）三维激光扫描计划制定：首先要制定详细的工作计划，外业数据采集的质量直接决定了项目后续的进展和最终成果，主要包括：设计合理的扫描路线、确定扫描精度、设站数、标靶的布设等。
（2）外业数据采集：可分为几个步骤：①踏勘扫描场地，根据现场情况估计扫描站点数②为了布设高精度的标靶网，要保证每个标靶和至少两个控制点通视。③三维扫描，扫描的分辨率设置为1/4，为了能够准确地提取靶标中心点，对靶标分别采取了较高分辨率的扫描。
（3）内业数据处理：①点云去噪与补洞。由于扫描场景有人员车辆等导致原始数据含有较大噪点，使用Pointools Edit中进行彻底的去噪。②站点配准。使用球形控制点配准，将点云配准到控制网坐标系下；③三维模型重建[4]。在大楼周围布设一条闭合导线，用电子全站仪SET230R测定导线的边长和转折角，经过平差计算得到各控制点的平面坐标，得到建筑物结构体的三维线划图，将测得的全部数据用AutoLISP程序处理，进行自动连线，并按要求添加轴线以及进行注记。对总线框图进行渲染和三维处理，得到其三维模型。
3.3 三维激光扫描技术在数字校园建设中的操作应用技能总结
我们总结了大量数字校园三维激光扫描项目的经验并结合FARO Focus 3D三维激光扫描仪的工作特点等总结了以下三维激光扫描技术的操作应用技能经验：（1）扫描区域扫描路线草图绘制：外业数据采集工作之前，根据实地勘探绘制扫描区域草图，标明控制点、扫描站点和标靶布设位置等，以便后续数据处理时参考。（2）扫描站点布设：在标靶点附近选择扫描站点。扫描站点的布设要符合：①站点必须选择在平坦、稳定的地方，严禁在路上的石块、杂草丛生等地方安置仪器；②在保证精度的情况下，每个扫描站点应能最大范围地扫描到目标场景；③尽量确保每个扫描站点上无被遮挡区域。（3）标靶布设：根据扫描要求和扫描环境的实际情况，在扫描区域内布设标靶。应将标靶布设在站点与站点的重叠区域内，且至少布设三个以上的标靶，布设标靶时应注意不能将其布设在一条直线上。
4 三维全景图片结合三维激光扫描技术在构建数字校园上的实际应用
4.1 基于三维全景图片的数字校园可视化平台的建设
通过全景数据采集，对采集的实景数据分类和处理，将实景数据和数字地图坐标数据进行整合，形成较为完整的校园全景漫游观看服务；通过互联网及管理信息系统技术，将含有全景漫游及地图数据的管理服务提供给客户端用户。如图4所示，该平台主要包含全景漫游在线观看服务和可视化管理服务两大模块。
4.2 全景拍摄结合三维激光扫描技术的一种数字化三维空间全景图片格式
一般的全景图片摄制方法已经较为成熟被广泛应用于各个领域。本文通过将三维激光扫描技术与全景摄像技术结合起来用于景点图像，获取实验数据和最佳配置的参数范围，提出了制作一种包含景点空间环境xyz坐标信息的三维全景图片的新方法。其基本原理是应用Foucs 3D扫描仪，激光扫描获取景点空间点云数据，结合全景摄像将RGB信息标定贴敷到点云数据上，使得最后形成的图片是真正的三维空间彩色图片，而且还可以提供图片中物体的三维空间坐标信息。
5 结语
本文主要论述了三维全景图片摄制技术结合三维激光扫描技术在数字校园建设上的实际应用。较为全面的分析了三维全景技术的拍摄及制作原理。通过研究三维激光扫描技术应用于校园建筑及地理信息的空间信息采集、校园建筑三维模型重建等技术原理、操作方法、具体项目工作流程，详细总结归纳了三维激光扫描技术的实际应用技能，给数字校园建设提出了一些创新的思路。
参考文献
[1]赵毅力，徐丹.基于全景图像的虚拟漫游系统研究[J].计算机与现代化，2011.06.11-14.
[2]刘德利，张亚双.数字校园三维景观建模方法的分析与应用[J].工程技术，2011.05.73-74.
[3]刘春，杨伟.三维激光扫描对城市空间特征的采集和建模[J].同济大学学报，2000.09.315-321.
三维扫描范文第5篇
关键词：三维激光扫描仪 数字城市三维模型应用
Abstract: In this paper, through the use of three-dimensional laser scanner to obtain building geometry data, to build a the digital city three-dimensional model method research, preliminary tests showed that the method can be applied to the field of three-dimensional modeling of the Digital City, is a three-dimensional model to build a digital citymore advanced means of a technique.Keywords: three-dimensional laser scanner; digital city three-dimensional model; application;
中图分类号：O343.2 文献标识码：A 文章编号：
0 引言
“数字城市”是以信息技术为基础，以宽带网络为纽带，对城市进行多分辨率、多尺度、多时空和多种类三维描述的系统。数字城市以地理空间框架为基准，集成城市自然、社会、经济、人文、环境等综合信息，基于网络基础设施实现城市信息的广泛共享。数字城市代表了城市信息化的发展方向，是推动整个国家信息化的重要手段。国家测绘局于2006年启动了“数字城市建设示范工程”项目，在全国选择若干具备条件的城市作为试点，开展数字城市地理空间框架建设，并在最近几年内在市、县两级逐渐推广。在数字城市地理空间框架中构建三维模型，有助于提高城市的综合管理水平，提升城市的形象，在城建、规划、旅游、国土、消防等众多领域发挥了积极作用。如何快速准确的获取构建三维模型所需要的空间几何数据，一直是困扰人们的一个问题，也是国内外研究的重点和热点之一。三维激光扫描仪的出现和在工程领域的广泛应用,在这个方面实现了较大的突破和改进。三维激光扫描仪能够快速准确的获得建筑物的高程和立面数据，对于构建精准的三维模型发挥了重要的作用。
1 三维激光扫描仪测量原理
三维激光扫描仪的工作过程是一个不断重复的数据采集和处理过程，它采用仪器坐标系下的三维空间点组成的点云图来表达对目标物体采样的结果。三维激光扫描系统通过内置伺服驱动马达系统精密控制多面反射棱镜的转动，使脉冲激光束沿横轴方向和纵轴方向快速扫描。通过测量扫描仪到目标点的距离值和激光束的水平方向值和竖直方向值计算激光脚点的三维坐标。同时，彩色CCD相机拍摄被测物体的彩色照片，记录物体的颜色信息，采用贴图技术将所摄取的物体的颜色信息匹配到各个被测点上，得到物体的彩色三维信息。
2 利用三维激光扫描仪构建三维模型的工作流程
利用三维激光扫描仪获取建筑物的空间几何数据，进行数字城市三维模型建设的工作流程主要包括：外业扫描、数据拼接、特征线提取、3D建模、格式转换几个部分。
2.1 外业扫描
首先根据扫描目标的位置、大小和复杂程度设计出各扫描站和控制标靶的位置，通常一个目标点需要多个测站才能完成。可以根据当地的GPS控制点的点位，通过全站仪进行测量定向，从而确定三维扫描仪扫描数据的坐标参考。一般采用连接点测量的方法进行扫描，连接点测量法具有高效和精确的特点，站与站的连接精度可达1毫米，适用于测量范围在300 米之内的区域。
外业测量过程中，待测对象和标靶是分开进行扫描和测量的。首选在一个测站位置上选定测量区域，指定测量距离与间距，进行自动扫描。然后选择测量标靶命令，照准标靶位置，记录点位。要保证三个标靶点位在下一测站中可见，从而保证可将扫描数据依次拼接。在扫描过程中，启用三维扫描仪的自动拍照功能，在形成点云数据的同时，采集到扫描目标的纹理照片。
2.2 数据拼接
将外业的扫描数据导入到电脑的Cyclone软件中，软件可自动识别点云、图像和标靶点，并分站放置在对应的目录树下。采用连接点拼接，只需依次选中对应的两站中的三个标靶点，软件系统可自动进行拼接。选择全部点云数据，合并到一个工作场景中。在此基础上进行删除噪声点、非测量区域点，并把导入的图像的颜色分别赋予对应的点云等处理。
2.3 特征线提取
为了方便特征线的提取，通常需要将建筑物的坐标改成正南正北状态。首先框选楼房正立面墙体上一块点云，将框内的点云拟合成mesh网格平面，在生成的mesh面片上任意选择一点，点取更改坐标命令，就可将建筑物纠正为正南正北方向。将点云数据统一化后导入到AutoCAD软件中，利用Cyclone软件的cloudworx插件打开点云数据，根据点云的形状，描绘出特征线。在提取特征线的过程中，为了避免背面的点云对描线产生影响，可以使用点云切片的功能。在描线的过程中还可以使用刷新点云的功能使点云的轮廓更加清晰。
图1 坐标纠正之前状态 图2坐标纠正之后状态
图3根据点云提取模型的特征线
2.4 3D建模
将特征线文件导入3DMAX软件中，作为底图或立面高程数据的参考，进行三维建模和纹理贴图工作。利用3DMAX软件的拉伸、挤出、旋转、变形等命令进行模型，将数码相机实地采集的纹理照片或三维扫描仪拍摄的照片修饰成贴图纹理，并将纹理指定给选定对象上，完成三维建模工作。构建模型时应遵循真实性、美观性、代表性三个原则。
图4 特征线导入到3DMAX中建模图5 建成的三维模型
2.5 格式转换
现在的数字城市地理空间框架建设多是以NEWMAP软件作为平台的。该软件对导入的三维模型的格式是有要求的。一般要求数据格式为*.x格式(DirectX的压缩格式) ，模型能用微软的Directx viewer工具打开，且不缺失纹理，模型的面应尽量少。模型中用到的纹理图片应为dds(DXT3)格式，纹理尺寸采用MIP MAP 模式 (即2的n次幂 ×2的m次幂)。所以要将3D模型通过转换工具转换成上述要求的标准格式，才能导入到数字城市地理空间框架平台中。
3 结束语
本文通过对利用三维激光扫描仪扫描构建三维模型方法的研究，分析了三维激光扫描仪的工作原理，探索了构建三维模型的基本的工作流程，初步试验表明了该方法可以应用于城市建筑物的三维建模，是构建数字城市三维模型的较为先进的技术手段。另外，庞大的点云数据，如何管理和处理海量数据，并保证数据在处理过程中精度不受损失是需要进一步解决的问题。获取的三维点云数据如何能够自动拟合形成实体模型或自动提取出特征线，是三维扫描仪在软件处理方面亟待解决的内容，也是下一步研究的重点和难点问题。
参考参考文献
[1]范海英，杨伦．三维激光扫描系统的工程应用研究[J]．矿山测量，2004，(3)．
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[3]范海英，李畅．Cyra三维激光扫描点云数据在AutoCAD中的处理方法研究[J]．辽宁科技学院学报，2007，(3)
[4]王彬华．AutoCAD2002中文版实例教程[M]．电子科技大学出版社，2002年文献
作者简介：
三维扫描范文第6篇
关键字：三维点云数据，滤波，Laplace算法
中图分类号：C35文献标识码： A
1 引言
激光具有单色性、相干性、方向性和高亮性等诸多特性，激光首先应用于测量出现于上世纪八十年代，在此之后，激光技术在精度、速度等方面极大促进了测量技术的发展，甚至引发了测量技术的革命性变化。
三维激光扫描技术是近年来发展日臻成熟的一门先进测量技术，用三维激光扫描仪获取的海量点点云数据，包含了大量的噪声点，噪声点的存在影响了数据曲线的平滑性，往往使目标物体产生收缩变形。为了避免这种情况的出现，我们需要采用合适的滤波手段，保持并凸显点云数据中的真实可靠信息。本文将以真实数据实验为基础，对滤波技术在三维激光扫描测量中的具体应用进行探讨。
2 基本原理
点云数据滤波的方法有多种，大体可以分为两类，一类是首先根据点云数据构建网格模型，然后再对网格模型进行去噪处理；第二类是直接对点云数据进行滤波处理。
网格的滤波算法在业界已经被广泛研究探讨（图1），其中最具代表性的有：Laplace三维点云滤波算法、平均曲率流算法、双边带滤波算法等等；基于点云的滤波算法有最小二乘法、卡尔曼滤波法、小波分析法等。
图1 常见三维点云滤波算法
要进行噪声去除，首先要进行噪声分析。三维点云的噪声分布特性包含以下几种：
1)扫描线点云数据（图2a）。数据是一组组的位于扫描平面内的扫描线，包括CMM、线结构光扫描得到的数据和激光点三角测量系统沿直线扫描的数据。
2)阵列式点云数据（图2b）。数据是将点云格网化处理后获得的，数据点与规则格网顶点相对应。
3)三角化点云数据（图2c），即数据呈三角网结构，这类型数据常见于工业CT、磁共振成像等系统的测量数据。
4)散乱点云数据（图2d），即该数据没有明显几何特征，呈散乱无序分布。
图2点云排列方式图
其中，第一种数据属于部分有序数据，第二、三种数据属于有序数据，第四种是无序数据。本文实验数据属于散乱点云数据，属于第四种数据类型，因此本文实验采用的滤波方法为无序点云滤波算法。
无序点滤波算法有多种，经对比选择，本文选择Laplace滤波算法。Laplace滤波算法的基本原理是对每个数据点运用Laplace算子表示如下：
点云模型中，利用Laplace算子的滤波可以看做是一个扩散过程：
通过这一过程，数据曲面上的噪声扩散到周围邻域，从而使整个曲面变得更加光滑。若采用显式的欧拉积分法，则为：
其中，qj表示点pi的k邻域，为一个小正数。Laplace滤波通过迭代的方式将当前点移动到其邻域几何重心处，从而达到滤波目的。
3 实验及实验结果分析
我们在广州市白云区划定的实验场进行了三维激光扫描实验，选取了两栋建筑作为实验对象。目标建筑经三维激光扫描后的结果如图3所示，可以发现图中存在大量噪声。
我们使用Laplace滤波算法对点云数据进行滤波，得到的结果如图4所示，我们可以通过目视看出，滤波处理后的建筑比之前更加逼真，更加清晰，线条轮廓更加平滑。为了定量地分析滤波前后点云数据的精度，我们采用高程验证的方法。利用全站仪在图3和图4所示的红色矩形区域内采集若干高程点，然后分别将滤波前的点云数据和滤波后的点云数据与全站仪采集的高程信息进行对比，统计结果如图5所示，图中条形图的高度代表误差。从图中不难发现，滤波后的数据与全站仪实测结果更为接近，这表明我们采用的滤波方法极大地去除了噪声对三维激光扫描测量带来的误差影响，不仅在视觉效果上让模型更加真实，而且在测量精度上也有显著提高。
图3 带有噪声的点云数据
图4 经过滤波去噪之后的三维点云数据
图5 三维激光扫描与全站仪测量结果对比
4 小结
本文首先总结了三维点云数据滤波的常用算法，通过对三维点云数据及其噪声特性的探讨，进一步阐释了三维点云数据滤波的基本原理，并以LapLace算法为例进行了一次真实的三维点云数据滤波实验，并对实验结果进行了简单的验证和分析，实验结果表明：Laplace算法对三维点云数据的滤波效果十分明显，不仅在视觉效果上，使模型变的更加平滑和真实，在精度上也更加准确。
参考文献
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[2].Johes TR,Durand F,Desbrun M.Non-iterative, feature preserving mesh smoothing. ACM Transactions on Graphics,2003,22(3)
[3].梁新合，梁晋等. 基于自适应最优邻域的散乱点云降噪技术研究. 中国机械工程，2009,21（6）
三维扫描范文第7篇
【关键词】三维激光；古建筑；三维建模
一、Geomagic Studio软件介绍
Geomagic Studio软件是由Geomagic软件公司开发的自动化逆向工程软件，在各行各业有着广泛应用。Geomagic Studio软件功能强大，可根据任何实物零部件自动生成准确的数字模型。
Geomagic Studio软件基本模块：
（1）捕捉：该模块由点阶段和封装阶段组成。点阶段提供点云数据的命令。封装阶段产生用扫描点产生多边形化的模型。
（2）封装：该模块由点阶段和多边形阶段组成。多边形阶段能够方便处理多边形模型。
（3）形状：该模块由形状阶段和CAD阶段组成。形状阶段能够从多边形模型产生NUBRS曲面。CAD阶段允许用户执行基本的布尔运算和裁剪操作。
二、点云数据采集
1.数据采集仪器
实验仪器包括：徕卡ScanStation2三维激光扫描仪；尼康DTM352全站仪；佳能相机。通过徕卡ScanStation2型三维激光扫描仪获取古凉亭点云数据，尼康全站仪在古凉亭四周布设控制网，佳能相机获取凉亭照片，作为贴图纹理。
2.点云数据采集
在控制点上安置三维激光扫描仪，进行对中整平，同时安置3个不在同一直线上的标靶，将与徕卡扫描仪相配套的Cyclone软件与电脑相连接，设置扫描参数进行扫描。一站扫描完成后，还需要对标靶进行精细扫描，作为点云拼接的基准。采用相同方法依次扫描。依次进行，直到所有扫描完成。
3.点云数据拼接
点云拼接是多个测站点云数据的整合，是基于扫描仪不同坐标系统转化统一的过程。在Cyclone软件中，点云数据拼接方法包括：基于连接点的拼接，基于控制点的拼接，基于标靶的拼接。本实验采用基于标靶的拼接，该方法是比较常用的方法，在扫描前相邻两测站之间需要有至少3个公共标靶。
三、古凉亭三维建模
古凉亭三维建模采用Geomagic Studio软件，点云数据通过Geomagic Studio软件进行三维建模需要经过三个阶段：点阶段，多边形阶段，曲面阶段。
1.点阶段
在点阶段，通过软件改进点组数据，进行点云着色，点云坐标摆正，点云噪声点滤除，点云重采用，点云封装。
1.1 噪声点滤除。点云数据噪声点滤除有两种方法：手动删除和软件自动删除。手动删除主要针对明显的噪声点，软件自动删除主要通过设定一定的阈值来删除噪声点。但是在实际操作中需要将手动删除与自动删除结合使用，以达到最佳噪声点去除目的。
1.2 点云重采用。由于不同测站点云数据拼接，会产生一定重叠区域，使得点云数据中出现冗余数据，增加了数据容量，不利于后续点云数据处理。在保证点云数据质量前提下进行，利用Geomagic软件进行重采用，Geomagic软件提供的重采样包括：曲率采样，等距采样，统一采样，随机采样。
1.3 点云封装。点云数据封装就是将离散的点云数据创建成多边形的阶段。Geomagic软件提供封装方法包括：曲面封装和体积封装。
2.多边形阶段
在多边形阶段操作过程包括：多边形修补、多边形数量调整、多边形光滑、多边形检测与校正。
2.1 多边形修补。多边形修补主要是多边形孔洞和缺口的修补，在Geomagic中修补方法包括：全部修补、局部修补、创建桥、删除、移动等。本次实验采用全部修补法，设置修补孔的方法，同时设置成基于曲率的修补。
2.2 多边形光滑。多边形光滑过程主要包括：删除钉状物、减少噪音、简化、细化、松弛等过程。
2.3 多边形数量调整。由点阶段到多边形阶段，多边形数量很多，增加了软件数据处理负担，在保证多边形精度前提下，通过软件进行多边形数量简化，在模型曲率大的地方保留较多三角形，在曲率较小地方，保留较少三角形。
3.曲面阶段
对多边形进行编辑处理后，进入曲面阶段。创建曲面过程包括：轮廓线探测、构造曲面片、轮廓线编辑、曲面片编辑、轮廓线和曲面片松弛、曲面生成等。
3.1 轮廓线探测。在Geomagic软件中，选择轮廓线探测选项，这时将自动加亮模型基于曲面曲率的轮廓线。选择自动估计，让软件来估计曲率在模型上复杂程度并显示必要数量的轮廓线。设置曲率值，同时选中简化轮廓线选项。
3.2 构造曲面。在Geomagic软件中，选择构造曲面片选项，同时选中自动估计，将允许软件来决定大约需要多少个曲面片模型的表面。
3.3 曲面生成。对曲面片、轮廓线进行一系列编辑处理后，通过NURBS进行曲面创建。
4.纹理贴图
纹理是三维模型逼真度的重要影响因素，通过纹理贴图可以使建立好的三维模型呈现出真实的原貌。通过Geomagic、Polyworks、TexCapture软件对三维模型进行纹理贴图。将建立好的三维模型通过特定格式（*.ply）从Geomagic软件中导出，同时导入到Polyworks软件中，在以*.pol格式导出，同时导入到TexCapture软件中，将纹理数据也导入TexCapture软件中，通过相应编辑完成纹理贴图，得到古凉亭三维模型。
TexCapture软件纹理贴图最关键步骤是选取特征点，需要在模型数据和纹理数据上选取相同的12对特征点，同时这些特征点不能再同一个平面内且要分布均匀。
四、结束语
三维激光扫描技术是上世纪九十年代中期开始出现的一项高新技术，是继GPS空间定位系统之后又一项测绘技术新突破。它通过高速激光扫描测量的方法，大面积高分辨率地快速获取被测对象表面的三维坐标数据。可以快速、大量的采集空间点位信息，为快速建立物体的三维影像模型提供了一种全新的技术手段。本文通过徕卡三维激光扫描仪获取古凉亭点云数据，通过相关软件进行古凉亭三维建模，结果表明三维技术扫描仪技术满足古凉亭三维建模要求。
【参考文献】
[1]高秀娟,杨伟华.三维激光扫描测量技术及在测绘领域的应用[J].科技论坛,2009(21).
[2]徐晓雄,刘松林,李白.三维激光扫描测量技术及其在测绘领域的应用[J].中国测绘,2009(2):63-65.
[3]余明,丁辰,过静.激光三维扫描技术用于古建筑物测绘的研究[J].测绘科学，2004(5):69-70.
三维扫描范文第8篇
【关键词】三维激光扫描；应用；测量
引言
三维激光扫描技术是对激光测距技等原理进行利用并以此获得数据的一种新型技术，广泛应用于变形监测、工程测量、地形测量、断面和体积测量等领域，具有一些优势，包括无需合作目标、精度较高、密度较高、效率较高以及全数字特征等。三维激光扫描技术能够真实描述扫描对象的整体结构，以及形态特性，能够迅速准确的生成三维数据模型，防止基于点数据的分析方法导致的片面性。把三维激光扫描技术和控制策略相互结合在一起，能够得到扫描目标的坐标。本文对有关三维激光扫描技术及其应用进行分析和探讨，不足之处，敬请指正。
1 三维激光扫描技术
三维激光扫描技术选用的是非接触式高速激光测量的方法，对相关物体几何数据及影音资料进行获取，最后利用后处理软件对数据进行处理和分析，转换成具有坐标系的三维空间坐标及模型，并能够用多种数据格式输出，满足空间数据库的数据源，以及三维激光扫描技术的不同应用需求。
1.1 系统组成
（1）三维激光扫描仪；（2）数码相机；（3）后处理软件；（4）电源以及附属设备。
1.2 工作原理
三维激光扫描技术利用设备内部的激光脉冲发射器，向相关目标物体发射一束激光脉冲，通过反光镜旋转，发射出的激光脉冲扫描目标，信号接收器接收反射回来的激光脉冲，对相关数据进行记录，包括每个激光脉冲从发射到被测物表面，然后返回设备所经过的时间，以此获取目标到扫描中心的距离，除此之外扫描控制模块对每一个激光脉冲的水平扫描角α和竖向扫描角β进行控制，最后经过后处理软件自动解算，得出目标的相对三维坐标，也就是云点，经过转换后，在绝对坐标系中表现为三维空间位置坐标或者模型。
1.3 三维激光扫描技术的特点
三维激光扫描技术的特点，可以总结为高精度、高速度、高分辨率、非接触式以及优良的兼容性等优势，甚至称之为测绘领域继GPS技术之后的一次具有影响力的技术革命。利用和传统测量技术进行对比，包括全站仪、近景摄影测量以及航空摄影测量等，具体而言具有以下特点：
（1）非接触式
三维激光扫描技术是一种非接触式的高速激光测量手段，无需布置反射棱镜，直接扫描目标体即可，通过对目标体表面云点的三维坐标数据进行采集。假如被测目标处于环境恶劣、人员甚至无法到达现场的情况，常规测量技术无法胜任此项任务，那么三维激光扫描技术的优势就被凸显出来。
（2）数字化程度较高、可扩展性
三维激光扫描技术所获取的数据均为数字信号数据，具有较高的数字程度，处理起来较为简便，可以便利的用于数据的分析、输出以及显示，后处理软件人机友好的用户界面，可以和其它软件及时进行数据共享，能够和外接数码相机、GPS等设备相互配合使用，从而拓宽了各自的应用范围，因此三维激光扫描技术具有较好的可扩展性。
（3）高分辨率
三维激光扫描技术的分辨率较高，能够方便快捷的采集高质量、高密度的数据，这是高分辨率数据的基础。
（4）广泛的应用
三维激光扫描技术的技术优势，使得其在工程建设等领域具有广泛的应用，还具有较强的环境适应性。
1.4 三维激光扫描流程
在对控制网进行布设过程中，要先对现场进行勘察，选择出合适的测站点，然后开始进行控制测量，选用全站仪法或者GPS设备，由于测站点精度对点云坐标精度存在一定的影响，所以尽可能选用全站仪对控制网进行布设，而且要符合闭合导线的形式，利用GPS进行控制网的布设时，可以选用水准测量法进行准确测量，以确保高程方向精度，具体的三维激光扫描流程图如图一所示。
2 三维激光扫描技术的应用分析
2.1 工程应用
（1）大型土木工程测量
三维激光扫描技术在大型土木工程测量方面的应用，主要是在道路、桥梁、地下坑道等施工工程现场，对施工之前的地形图进行扫描，提高准确的数据支持，建立施工后目标三维图形，对施工进行质量上的把控，并进行相关数据的记录。比如，在道路工程数据测控中，通过三维激光扫描技术，得到点云数据，进行处理后，经过测量、建模等步骤，在众多工程案例中，达到道路设计要求。
（2）复杂工业设备测量
三维激光扫描技术可以应用与较为复杂的工业设备测量中，工业设备一般管线林立，纵横交错，因此对工业设备进行规划、改造过程中，可以对三维激光扫描技术进行利用，生成高精度3D模型，为数据测量提供依据。
（3）地质应用
三维激光扫描技术也可以在地质方面的地质调查、编录、环境监测、安全监测以及裂缝研究中提供技术支持，以上应用中假如使用传统的、常规测量手段，一般效率和精确度都比较低，而三维激光扫描技术可以提供非接触、安全、高效的目标坐标，建立模型并分析处理。
（4）变形监测
常规变形监测一般选取的方法包括常规测量、GPS测量、传感测量等，这些测量方法首先需要进行监测点的布设，然而监测点的数量是有限制的，而且测量效率也不高，容易收到天气的影响，在雨天、雾天等天气下，能够得到的准确数据很有限，无法准确的体现出变形的情况。如果使用三维激光扫描技术，最主要的是得到精度均匀、密度高的数据，可以发现许多细节变化，数据中包含任意截取断面，能够对目标的整体稳定性分析。
2.2 文物保护
三维激光扫描技术在文物保护方面的应用，主要是对文物的大小、形状、安全性等方面进行综合考虑，而且无法在目标物品上粘贴测量标志，也就是需要进行无接触测量，因此三维激光扫描技术是最为适当的测量方法。以往是采取全站仪、近景摄影测量系统的方法，尽管能够对文物进行数字化，
但是却无法详细表达其三维信息，三维激光扫描技术弥补了这个缺点，得到的数据精度和密度都比较高，可以建立精细表面模型，能够对文物上任何点进行测量，假如文物破损后可以及时提供修复数据，这些技术对于我国文物保护提供巨大帮助。
2.3 事故现场模拟
三维激光扫描技术能够对交通事故现场、犯罪现场进行细节测量，按照事故现场建立三维模型，生成动画模拟效果，让事故现场的真实情景再现。
2.4 其他应用
三维激光扫描技术还有一些应用，比如考古测量、数字城市建模、油气田设计以及沙丘监测等。
3 结语
总而言之，三维激光扫描技术是现阶段较为新颖的技术，具有高效、数据量大、速度快等诸多优点，因此在大型工程、文物保护、事故现场等方面得到广泛应用，本文对有关三维激光扫描技术及其应用进行分析和探讨，以期对于我国三维激光扫描技术的推广，起到一定的促进作用。
参考文献：
[1]廖，徐耕，立人.多晶体CdS光敏电阻[J].中山大学学报（自然科学版），2007（03）.
三维扫描范文第9篇
关键词：三维激光扫描技术；成都二环路；测绘技术；测量应用
【分类号】：P234.4
随着我国科学技术的不断发展，信息技术的进步，愈加拓宽的工程测量服务领域也在不断提高对测量技术的要求，由于地处城市主干道及城市高架的影响，全站仪、GPS测量在成都二环路改造工程竣工图实测已经完全无法满足业主提出的工期要求。因此，作为新技术应用探索，三维激光扫描技术应用于该工程，其不仅具有简便、快捷、精准的应用特点，而且其获取数据速度快，方法灵活，使工期得到了保障，受到业主的一致好评。
一.三维激光扫描技术概述
三维激光扫描技术是通过激光作为测量依据，获取相对复杂物体的图形与数据，在经由处理之后形成对采集数据的分析，并通过转换成为三维坐标或三维模型，来满足各种测量领域提出的不同需求。
（一）系统组成部分
就宾得S-3180V近景三维激光扫描仪来说，其主要的组成部分包括数码相机、电源、后处理软件及各种附属设备。其自带相机起到协助判断的功能，如右图一所示主机及定向靶位。
（二）工作原理
三维激光扫描技术通过内部的激光脉冲发射器功能向目标发射激光脉冲，在检测到被测目标之后，再将目标物发射回来的激光脉冲采集到信号接收器中，通过这样的反射、接收，来计算从激光脉冲发射出去到返回的时间，就是被扫描物体距离扫描点的距离，得到相应地物的三维点云数据；同时启动扫描控制模块功能，计算出其测量目标物的三维坐标，继而转换成为坐标系中的三维模型，得到最终的数据图形。
（三）应用优势
与传统的测量技术对比，三维激光扫描技术具有精准度高、分辨率高、速度快等多种应用优势，其特点主要表现在以下几个方面：
1.数字化
通过三维激光扫描技术获取到的数据信息都集体呈现出全数字的特点，非常易于分析、处理及显示。同时其用户界面友好，能够很好的实现与其它软件的数据共享与交换，比如说与GPS、外接数码相机配合使用等等，具有很好的拓展性。
2.分辨率高
三维激光扫描技术可以很好的实现高质量、高密度的进行数据信息采集，以此来实现高分辨率的根本目的。
3.应用性强
三维激光扫描技术对于使用条件没有高要求，因此有较强的环境适应能力，适合于野外测量，可以对大面积或者是表面复杂的物体进行精准的测量，因此在各个工程或者是道路建设等各领域中都有较为普遍的应用。
4.非接触式
在三维激光扫描技术中，使用的是非接触式高速激光的测量方法，因此这就在无需反射棱镜的基础上直接对目标物体予以扫描，并采集其相关三维信息。它的应用价值就体现于当在目标物体的位置处于较危险、恶劣的环境下，工作人员无法近身的时候。
二.三维激光扫描技术的实际应用
三维激光扫描技术目前已经在各个领域都有了较为普遍的应用，包括：文物保护；工业检测，工厂数字化管理；建筑桥梁的测绘；地形、地质研究等等。以下就三维激光扫描技术在成都二环路竣工图实测工程中的应用进行分析。
就成都二环路改造竣工图实测项目中，主要使用的是宾得S-3180V近景三维激光扫描仪，实测目标为路面地物，主要包括：人行道及广场各类别地砖、盲道、各类别井盖、路灯、树池、标志标牌、休息座椅等等。其后期主要应用的技术是将多站分块扫描进行无缝拼接，以此来将整体的扫描对象以几何形态表现出来。首先根据相邻扫描站所扫描的四到六个共有定向靶位，根据后方交会建站工作模式，采用系统自带平差软件计算各扫描站的三维信息，最终实现多个扫描站之间图形的无缝拼接，以此来实现对整体带状地形地物数据的收集。
（一）三维激光扫描技术的应用优势分析
就成都二环路来说，由于受到二环高架及周边高层房屋的影响，因此无法使用GPS，只能使用全站仪进行测量，但是在实施过程中全站仪的测量速度非常慢，一般一台全站仪每天仅能测量300m左右，加之二环路的车流、人流量非常大，对工作人员会产生一些潜在的安全隐患。
相反，就三维激光扫描仪来说，其具有速度快而且省去人工操作的环节，可以将其直接架设在中间绿化带中，3-6分钟的测量时间就可以测量完一跨桥两侧的地物，在一天8小时的时间内可以测量1.5km左右。
（二）地物实测应用
1.井盖
三维激光扫描及时通过对井盖获取密度、精度较高的三维数据，对井盖的形态及特点进行监测反映，井盖原始地物如图二所示，其经过三维激光扫描仪之后的图形显示如图三所示。
2. 雨污排水口、路沿石
当然，这只是在成都二环路竣工图实测地物的一部分应用，上述例举了两个地物特征，三维激光扫描技术就是通过对地物特征的形象进行扫描，并依据各个坐标形成三维坐标，继而根据地物特征提取其特征线，如下图所示：
经CAD软件绘制之后直接得到成都二环路如下的数据图：
在整个测绘过程中，对立体点位定位及立面测量三维激光扫描的精度和图像分辨处理效果不错，能够达到三维建模的各项指标要求，但对地面的物体定性上还必须得根据初步成果图进行现场确认，以确定各类井盖特性。
结束语
随着我国科学技术的不断发展，三维激光扫描仪的测量精准度也愈来愈高，测量范围也有了极大的拓展，目前三维激光扫描技术已经可以很好的应用到精准要求极高的道路工程测量等领域，其作为一种发展迅速的测量技术，在应用领域中不仅降低了测量成本，同时还能极大的提高工作效率。虽然说目前针对三维激光扫描技术的研究还是处在初级阶段，但随着研究的深入，与其他测量技术的有效结合，相信三维激光扫描技术必将得到更广泛的应用。
参考文献：
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三维扫描范文第10篇
关键词：三维激光扫描技术；古建筑保护
前言
随着经济的发展，科技在不断的创新，这些年来，工程测量在工程行业里的应用在不断的拓宽，传统的坐标测量仪器如全站仪，断面仪已满足不了高精度的三维坐标测量，相比较这些传统的测量技术，国际上近期发展的一项高新技术--三维激光扫描技术，这种技术具有极大的优势所在，通过激光测距原理（包括脉冲激光和相位激光），利用三维激光扫描技术获取的空间点云数据,可快速建立结构复杂、不规则的场景的三维可视化模型,既省时又省力,这种能 力是现行的三维建模软件所不可比拟的。作为新的高科技产品，三维激光扫描仪已经成功的在文物保护、城市建筑测量、地形测绘等领域里应用。
一、三维激光扫描技术的工作原理
三维激光扫描技术，是通过内部的激光脉冲发射器向目标物发生激光脉冲，反光镜旋转，发射出的激光脉冲扫过被测目标，信号接收器接收来自目标体发射回来的激光脉冲，通过每个激光脉冲从发出到被测物表面返回仪器所经过的时间可以获得被目标体到扫描中心的距离，同时扫描控制模块和测量每个激光脉冲的水平扫描角α和竖向扫描角β，后处理软件自动解算得出被测点的相对三维坐标，进而转换成绝对坐标系中的三维空间位置坐标或三维模型。
二、扫描数据处理
地面三维激光扫描系统扫描得到的数据是点云数据(Points Cloud) ，记录了有限体表面上离散点的空间坐标和某些物理参量。点的表示形式为( x ,y ,z ,intensity ,R ,G ,B) ，不仅包含了点的空间位置关系，还包括点的强度信息和颜色灰度信息。离散的点云数据并不能够真实准确地表达构筑物的整体模型，为了满足三维建模的需求，首先要对所获得的原始点云数据进行处理，包括数据滤波、坐标系转换、数据配准。
三、三维激光扫描技术的特点
三维激光扫描系统是目前国际上最先进的获取地面空间多目标三维数据的长距离影像的测量技术。它将传统测量系统的点测量扩展到面测量，它可以深入到复杂的现场环境及空间中进行扫描操作，并直接将各种大型，复杂实体的三维数据完整的采集到计算机中，进而快速重构出目标的三维模型及点、线、面、、体等各种几何数据，而且它所采集到的三维激光点云数据还可以进行多种后处理工作。三维激光扫描技术利用激光的独特的有异性能用作扫描测量，该技术具有非接触测量、数据采样率高、主动发射扫描光源、具有高分辨率、高精度数字化采集结构紧凑等特点。
四、三维激光技术应用于古建筑保护实例
1、古建筑特征
古建筑是历史政治经济文化的凝聚物， 不同时代的建筑见证了不同的政治、 文化和审美，不同的民族其建筑也有其独特的风格。中国古建筑在外型上主要由屋顶、屋身和台基三部分组成；建筑的结构有石块和木质，其中 80%以上是木质结构。细部台基、立柱、斗拱和屋顶结构繁杂；门窗天花板形式多种多样，图案栩栩如生。其建筑物内涵极为丰富，因而对保护建筑物这些特征所要求的技术非常高。
采用三维激光影像扫描技术，能在不损伤建筑物的条件下，快速采集古建筑物外部表面的精确数据。通过使用软件，可以快速地为扫描获得的点云赋予相应的彩色信息，再经过加工便制作成正射影像，向用户展示一个完全的实景彩色图像。相对于以往近景摄影来说，正射影像具有更为精确的可量测性，古建筑设计和保护人员可以精确对门、窗、柱、梁等构件进行测量，借助CAD便可以制作出用于施工的CAD数据图。
2、三维激光扫描在古建筑保护中应用
用三维激光测量古建筑，其步骤如下：
第一步：古建筑表面数据采集。主要内容有：确定测绘方案，三维激光实地扫描。
本实验以Trimble GX3D激光扫描系统测量中山纪念堂为例，实验设置了三个标靶点，测量时仪器 Z轴垂直。
第二步：内业数据处理。主要内容包括：数据转换、点云数据配准、数据建模、实物量测和数据存档。
表 1 标靶点坐标值
第一测站/(mm) 第二测站/(mm)
标靶点 XY Z X YZ
B13071.923341.951543.87-21461.26 39844.931516.14
B22970.82 -12629.37 1523.50-7676.8331769.841533.19
B3981.71-16874.30 1485.69-4998.8227924.101504.60
根据表 1 计算得其六参数数据转换精度约为±1.2mm。
内业处理软件为：与扫描仪相配套的数据处理软件Realworks Survey。在配准模式下，不同测站的点云数据融合在一个坐标系统当中。在测量模式下，在三维点云图上量取实物尺寸和特征数据；也可以输出到CAD中，制作古建筑的平面地图；还可以直接存档点云数据（如图）。在建模模式下，可以根据已有几何形体对点云建立模型。
三维激光测量数据处理结果仍以点云的形式存档于数据库或者计算机中，结果数据存储文件格式为：*.asc，存储的内容有坐标值、RGB大小及坐标标准差。
存储后，数据可用于档案记录、三维可视化及逆向重建等方面，通过建模技术还原古建筑物原貌，并绘制精确的修缮施工图纸，做到客观、准确地保护古建筑物，充分发挥三维激光扫描技术在古建筑保护中的应用价值。
因受该建筑物结构复杂、部分观测条件不佳等客观条件影响以及时间和经费的限制，此次中山纪念堂的三维观测数据有欠完整，但成果资料完全能体现三维激光扫描技术的先进性和优越性，我们期待通过后期工作的跟进，能进一步完善本科研成果，更全面地建立中山纪念堂的建筑设计图，并建立完整的三维模型，赋予建筑色彩及强度等因素，全方位地提供建筑物的各项数据。
结论：
本文给出了三维激光扫描技术及其在古建筑测绘方面的应用实例。可以看出，三维激光技术由于其测量时间短、收集数据广、测量精度高、处理数据自动化以及其点云可用于深层次的模型重建被广泛应用于古建筑的保护中。 但是由于三维激光技术本身的缺陷以及数学处理模型的不完善，使得在古建筑保护中其适用性和可靠性并不能达到最佳。这就要求我们继续深入研究和改进三维激光测量和处理技术， 以期三维激光技术更好更深入应用于古建筑方面，更广泛应用于其他领域。
参考文献：
[1] 余明，丁辰，过静.激光三维扫描技术用于古建筑测绘的研究[J].测绘科学，2004.
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