Виды лазерных сканеров. Принципы измерения

Развитие технологии и разнообразие видов лазерных сканеров

Бурное развитие технологии трехмерного лазерного сканирования, как воздушного так и наземного, ведет к появлению на рынке всё новых производителей сканеров и программного обеспечения для обработки данных сканирования.

В настоящее время компании-производители лазерных сканеров предлагают довольно широкий выбор разнообразных моделей, каждая из которых уникальна по своим техническим характеристикам. Правильный выбор лазерного сканера в соответствии с требованиями технологии работ, а в сущности, всей технологической цепочки — от съемки до выдачи результата — это весьма непростая процедура.

Наземные 3D сканеры предназначены для выполнения съемки различных объектов на земной поверхности. Во время съемки лазерный сканер, в большинстве случаев, неподвижен, и может быть установлен на исходный геодезический пункт с известными координатами. Области применения наземных сканеров весьма разнообразны: проектирование сложных производств, архитектура, машиностроение, топография, киноиндустрия, строительство и многие другие. Объектами съемки могут являться, например, многоэтажный дом, угольный карьер, домна металлургического завода, шахта метрополитена, архитектурный памятник, кузов легкового автомобиля, скульптура и даже человек.

Виды лазерных сканеров

По своим характеристикам и назначению наземные лазерные сканеры сильно различаются между собой, и провести классификацию внутри этой группы нелегко. Прежде всего, в принципе не существует совершенно универсального сканера, который мог бы использоваться для решения всех задач. Так, одни сканеры лучше использовать для съемок объектов средних размеров (на расстояниях до 100 м), другие — для съемок крупных объектов (на расстояниях свыше 200 м и более), третьи же предназначены для съемки небольших объектов в пределах всего лишь нескольких метров. Определенный тип лазерных сканеров может применяться для решения определенного круга задач. Воспользуемся наиболее распространенной классификацией, в которой наземные лазерные сканеры подразделяются по принципу определения пространственных координат на импульсные, фазовые и триангуляционные.

Классификация лазерных сканеров по принципам измерения

В импульсных 3D сканерах реализован метод определения расстояний, основанный на точном определении времени прохождения импульса до цели и обратно. Поскольку данный метод для непосредственного измерения расстояния использует световой импульс, основное преимущество импульсных сканеров заключается в дальности выполняемых измерений (до нескольких сотен метров), которая обеспечивается достаточно высокой мощностью лазера. Но следует обязательно помнить, что излучение таких лазеров может быть вредным для глаз. Помимо измеренного расстояния, для определения пространственного положения точки фиксируются значения горизонтального и вертикального углов поворота лазерной головки. Точность измерений импульсными сканерами может достигать нескольких миллиметров, но с увеличением расстояния до объекта она снижается. Важно понимать то, что максимальная дальность измерения сканерами, приводимая в разнообразных рекламных буклетах и описаниях, рассчитана при отражении лазерного луча от поверхности с высоким коэффициентом отражения. В реальных же условиях измерений почти всегда коэффициент отражающей способности поверхности сканируемого объекта оказывается ниже (борт карьера, стена здания и т.д.), соответственно уменьшается и максимальная дальность измерения.

Фазовые лазерные 3D сканеры имеют дальность действия в пределах ста метров. В сканерах этого типа реализован метод определения расстояний, основанный на измерении сдвига фаз излучаемого и принимаемого сигналов. Так как данный метод использует модулированный световой сигнал, то для определения расстояния не требуется слишком большой мощности лазера, и поэтому расстояния могут быть измерены с точностью до первых миллиметров, однако дальность действия сканеров этого типа весьма ограничена. Пространственное положение точек определяется точно так же, как и у импульсных сканеров. Фазовые сканеры используют безопасный для глаз лазер и поражают скоростью измерений, которая превосходит скорость импульсных сканеров в десятки, а порой и в сотни раз.

Триангуляционный метод реализуется в высокоточных сканерах. Особенность устройства таких сканирующих систем состоит в том, что излучатель и приемник сигнала разнесены в них на известное расстояние (базис). Определение пространственного положения точки объекта сводится, таким образом, к решению обычного треугольника, в котором известна длина одной из сторон и два прилегающих к ней угла. Триангуляционные лазерные 3D сканеры позволяют выполнять измерения с высочайшей точностью до десятых и даже сотых долей миллиметра, но на очень небольшой дистанции (не превышающей нескольких метров). Подобные сканеры применяются, как правило, для точной съемки в машиностроении, реставрации, архитектуре, медицине, различных медиа-приложениях.

При выборе лазерного сканера, нужно уделить особое внимание техническим характеристикам, к которым относятся:
— точность измерений;
— разрешение 3D лазерного сканирования;
— максимальная дальность трехмерного лазерного сканирования;
— скорость 3D сканирования;
— размер поля зрения лазерного сканера;
— возможность интеграции с другими приборами (например, видеокамерой или GPS-приемником).

С каждым годом поистине революционная технология трехмерного лазерного сканирования завоевывает все новые отрасли и сферы человеческой деятельности и становится еше более известной и востребованной в мире измерений. Появляются новые прогрессивные модели лазерных 3D сканеров, совершенствуются и отлаживаются существующие технологии, и классифицировать их становится все сложнее. Но мы искренне надеемся, что приведенная в данной статье информация поможет Вам сориентироваться во всем многообразии современного рынка лазерных сканеров.