Принцип действия 3D сканера

Принцип работы сканера аналогичен принципу работы тахеометра, — измерение двух углов и расстояния до объекта, что в конечном итоге дает возможность вычислить координаты. Пучок лазера выходит из излучателя, отражается от поверхности объекта и возвращается в приемник, где с помощью электроники определяется точное время прохождения каждого импульса. Импульсный лазер генерирует множество коротких импульсов в инфракрасной области спектра, которые направлены через зрительную трубу к цели. Скорость прохождения света сквозь окружающую среду можно точно определить. Поэтому, зная время прохождения луча до объекта и обратно, можно вычислить расстояние между целью и инструментом. Измерения с помощью определения времени прохождения сигнала (TOF) обычно имеют не только наибольшую дальность, но и отвечают наивысшим стандартам безопасности, поскольку интервалы между импульсами недостаточны для накопления «вредной» для глаз энергии. Каждый импульс — это одноразовое измерение расстояния, но поскольку каждую секунду посылаются тысячи таких импульсов, то с помощью усреднения результатов достаточно быстро достигается высокая точность измерений. Обычно в ходе измерений прибор выдает около 20000 лазерных импульсов в секунду. Этого достаточно, чтобы при усреднении получить точные значения расстояний.

В процессе измерений встроенный в головку сканера блок развертки вращается в горизонтальной плоскости в диапазоне 360°, при этом может быть установлен шаг сканирования. В вертикальной плоскости лазерный луч разделяется с помощью вращающегося зеркала с предварительно заданным шагом. Таким образом, в отдельно взятом вертикальном скане будут измерены все точки с данной дискретностью. Потом сервопривод вращает блок измерительной головки на угол, равный шагу измерений.

При этом измеряется расстояние до сканируемой точки. Затем сервопривод поворачивает сканирующую головку в горизонтальной плоскости на угол, равный шагу измерения. Углы поворота сканирующей призмы в вертикальной плоскости и угол поворота сканирующей головки в горизонтальной плоскости измеряют с помощью аналого-цифровых преобразователей. Измеренное расстояние и два угла (вертикальный и горизонтальный) в конечном итоге дают возможность вычислить координаты сканируемой точки.

Многие модели наземных лазерных сканеров обладают встроенной цифровой фотокамерой. С ее помощью можно выполнить фотосъемку окружения прибора. Получив панорамную фотографию объекта, пользователь сможет взять из нее только то, что требуется, избежав сканирования лишних фрагментов и, следовательно, потерь рабочего времени. Перед началом работы производят привязку и ориентирование прибора на станции с помощью электронного тахеометра. Затем производят установку сканера, устанавливают шаг и диапазон сканирования. Как и в любой современной технологии, важную роль в этой играет компьютер. Он служит управляющим и запоминающим устройством для лазерного сканера. Подключившись к нему с помощью кабеля, мы можем выбирать на экране область сканирования, задавать нужную плотность съемки, производить фотосъемку объекта, задавать координаты точки стояния сканера, отслеживать текущее состояние процесса сканирования, управлять сохранением результатов.

Технология съемки с применением лазерного сканера зависит от геометрии и типа снимаемого объекта. Для достижения результата иногда приходится многократно переставлять сканер с точки на точку, выполняя съемку отдельных деталей и фрагментов. Причина - наличие мертвых зон , возникающих из-за различных обстоятельств. Поэтому нередко возникает необходимость привести отснятый материал к единой системе координат. Для этого во время съемки на объекте или рядом с ним устанавливаются марки, с помощью которых производится объединение облаков точек , полученных с различных точек сканирования. Для пространственной трансформации облаков требуется, как минимум, три марки на каждую точку установки сканера. Эти три точки с марками должны быть видны со смежных точек. Сам процесс объединения облаков точек выполняется в специализированном программном обеспечении.