什么是 3D 激光掃描儀？

3D激光掃描儀（英文：3D Laser Scanner）是一種高精度測量物體和環(huán)境的三維形狀和位置的設(shè)備。

當(dāng)激光束射向物體時(shí)，激光束到達(dá)物體并被反射回來。通過測量返回所需的時(shí)間和角度，您可以找到距離和位置。3D激光掃描儀利用這種激光以速度獲取大量距離和位置數(shù)據(jù)，并通過組合這些數(shù)據(jù)，生成再現(xiàn)三維形狀的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)（點(diǎn)云數(shù)據(jù)）。

由于可以以精度測量距離和位置數(shù)據(jù)，因此可以將精確的 3D 模型和測量結(jié)果生成為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。因此，在需要高精度的應(yīng)用中具有優(yōu)勢。

此外，它可以高速、非接觸方式工作，可以在不損壞被測物體表面的情況下獲取大量數(shù)據(jù)，使其適用于建筑、土木工程、它是用于地形測量和城市空間測量的高性能設(shè)備之一。

3D激光掃描儀的應(yīng)用

3D 激光掃描儀應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)。主要用途如下。

1. 架構(gòu)

3D 激光掃描儀可以以非接觸方式高速準(zhǔn)確地捕捉復(fù)雜的形狀和細(xì)節(jié)，這使得它們在勘察現(xiàn)有建筑物和結(jié)構(gòu)的當(dāng)前狀況或在沒有圖紙的情況下規(guī)劃建筑物的翻新或擴(kuò)建時(shí)非常有用。由于可以高速、非接觸地測量，并以點(diǎn)云數(shù)據(jù)或3D模型的形式進(jìn)行數(shù)字可視化和處理，因此可以提高建筑設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性，并減少工作時(shí)間和人工成本等成本。

2.土木工程

3D 激光掃描儀用于道路、橋梁、隧道和水壩等土木工程基礎(chǔ)設(shè)施的維護(hù)、設(shè)計(jì)和施工。除了用于檢測路面臺(tái)階和裂縫等維護(hù)工作以及評(píng)估變形和移位等橋梁和隧道的安全性之外，它們還用于調(diào)查災(zāi)害期間的變形。

它還用于建筑工地實(shí)時(shí)監(jiān)控施工進(jìn)度和質(zhì)量，并檢測藍(lán)圖和建筑工地之間的差異。在土木工程領(lǐng)域，它是提高基礎(chǔ)設(shè)施質(zhì)量和壽命以及建筑工地管理和質(zhì)量的有效工具。

3.工廠/設(shè)施/設(shè)備管理

3D激光掃描儀用于管理工廠、設(shè)施和設(shè)備，因?yàn)樗鼈兛梢詼?zhǔn)確掌握復(fù)雜的當(dāng)前狀況。工廠和設(shè)施經(jīng)常需要頻繁更換和擴(kuò)建設(shè)備，導(dǎo)致圖紙難以理解。3D激光掃描儀將當(dāng)前狀態(tài)數(shù)字化，用于工廠、設(shè)施和設(shè)備的高效管理，例如優(yōu)化布局和設(shè)備放置、規(guī)劃設(shè)備改造以及管理定期設(shè)備更換。

4.文化財(cái)產(chǎn)

3D 激光掃描儀用于研究、保存和利用文化財(cái)產(chǎn)。除了用于記錄發(fā)掘現(xiàn)場的廢墟和出土物品外，3D 激光掃描儀還可用于對(duì)各種大大小小的文化資產(chǎn)（例如歷史建筑和雕塑）進(jìn)行詳細(xì)數(shù)字化，以進(jìn)行修復(fù)、復(fù)制品創(chuàng)建、損壞等。它在文化財(cái)產(chǎn)的利用方面也發(fā)揮著重要作用，例如土地和非公共文化財(cái)產(chǎn)的虛擬釋放及其教育用途。

5. 數(shù)字內(nèi)容

3D激光掃描儀將現(xiàn)實(shí)世界的地點(diǎn)和物體再現(xiàn)為高精度數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，因此通過按原樣使用它們，它們可以用來創(chuàng)建看起來就像現(xiàn)實(shí)的數(shù)字孿生空間。此外，通過編輯和處理來自 3D 激光掃描儀的數(shù)據(jù)，您可以比從頭開始創(chuàng)建更高效地創(chuàng)建新的、真實(shí)的數(shù)字內(nèi)容。

通過這種方式，3D激光掃描儀被用來創(chuàng)建廣泛的數(shù)字內(nèi)容，包括3DCG、游戲角色和背景設(shè)計(jì)、視頻制作、旅游內(nèi)容和元宇宙。

3D激光掃描儀原理

3D 激光掃描儀向物體表面發(fā)射非常細(xì)的激光束。這種激光束在于它是線性的，當(dāng)它擊中物體表面時(shí)，其中一些會(huì)被反射，3D 激光掃描儀會(huì)檢測到反射光。

測量距離的方法有多種，其中兩種主要方法是“飛行時(shí)間（TOF）法"和“相移法"。

飛行時(shí)間（TOF）方法通過測量激光束反射和返回所需的時(shí)間來計(jì)算距離。相移法是一種通過調(diào)制激光的相位并檢測反射光的相位差來計(jì)算到物體的距離的機(jī)制。

飛行時(shí)間（TOF）方法相對(duì)簡單，預(yù)計(jì)成本較低，但相移方法具有通過識(shí)別反射光而抗干擾的特性，采用的方法取決于制造商和應(yīng)用情況各不相同。

通過旋轉(zhuǎn)激光源以覆蓋整個(gè)掃描區(qū)域，可以一次獲取許多距離數(shù)據(jù)點(diǎn)。將收集到的距離數(shù)據(jù)與照明角度信息相結(jié)合，計(jì)算出XYZ空間位置坐標(biāo)。這是 3D 點(diǎn)云數(shù)據(jù)，它是作為集體數(shù)據(jù)生成的，可在數(shù)據(jù)上再現(xiàn)對(duì)象的位置和形狀。

如何選擇3D激光掃描儀

選擇 3D 激光掃描儀時(shí)需要考慮一些因素。3D激光掃描儀的用途廣泛，因此需要根據(jù)應(yīng)用來選擇。以下是一般用于室內(nèi)和室外的3D激光掃描儀的選擇因素的示例。

1、測量精度

測量精度是衡量 3D 激光掃描儀再現(xiàn)物體實(shí)際形狀的準(zhǔn)確程度的指標(biāo)。通常以毫米表示。您需要根據(jù)所需的精度來選擇 3D 掃描儀。

2、最大測量距離

最大測量距離是3D激光掃描儀可以測量到物體的距離多遠(yuǎn)的指標(biāo)。特別是在室外環(huán)境或大面積使用時(shí)，需要具有較長最大測量距離的產(chǎn)品。

3. 分辨率

分辨率是 3D 掃描儀生成的 3D 數(shù)據(jù)精細(xì)度的衡量標(biāo)準(zhǔn)。高分辨率使您能夠詳細(xì)捕捉物體的細(xì)節(jié)和小特征。

4、防水/防塵性能

根據(jù)使用環(huán)境的不同，防水、防塵性能往往很重要。一般常以IP標(biāo)準(zhǔn)來表示，性能以兩位數(shù)來表示。防水性越高，數(shù)字越高，防塵性能越高，第二位數(shù)字越高。