2．2．1 技术简介

三维激光扫描技术，又称为“实景复制技术”，是一种通过激光扫描快速建立物体三维影像模型的全新技术手段（图2-2）。它利用高速激光大面积、高分辨率快速地获取物体表面各个点的坐标、反射率、颜色等信息，最后利用后期处理软件对数据进行处理分析，转换成真实坐标系的三维空间模型。

图2-2 三维激光扫描

三维激光扫描技术的原理是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，并通过反光镜旋转使发射出的激光脉冲扫描过目标，信号接收器接收反射回来的激光脉冲，并对相关数据进行记录。设备通过记录每个激光脉冲从发射到返回设备所经过的时间以计算目标到扫描中心的距离，同时还记录下每一个激光脉冲的水平扫描角α和竖向扫描角β，所得数据经后期处理软件自动解算后，得出目标的相对三维坐标（即点云），并最终转换为绝对坐标系下的三维空间模型。

三维激光扫描仪按用途可分为室内型和室外型，按搭设平台可分为定点激光扫描器、车载激光扫描器、机载激光扫描器、船载激光扫描器和手持激光扫描器等，按测量原理可分为基于脉冲式、基于相位差和基于三角测距原理。一般，基于相位差原理的三维激光扫描仪测程较短，只有百米左右；而基于脉冲式原理的三维激光扫描仪测程较长，最远的可达6千米。

2．2．2 技术特点

与传统测量技术相比，三维激光扫描技术具有以下一些优点。

（1）数据采样率高。传统的测绘仪器（如经纬仪、全站仪等）很难采集高密度、高分辨率的海量点云数据。

（2）精确度高。传统的摄影测量是根据像控点的坐标来建立模型上点的坐标，容易产生误差和错误。而激光扫描测量获得的测点精度不但高于摄影测量中像控点的解析精度，而且精度分布方差小。

（3）受外界影响小。传统摄影测量只可在白天进行作业，而三维激光测量则不受时间约束。

（4）非接触测量。三维激光不需要接触即可直接完成对危险目标和环境的数据采集，而这是传统测量方法无法完成的。

（5）兼容性好。三维激光扫描采集到的是具有全数字特征的数字信号，该数据经后期处理后，可与其他常用软件实现交换共享。

三维激光扫描作为一项新兴技术，也存在以下一些不足之处。

（1）设备价格昂贵。激光扫描仪市场定位为高档设备，其中主流扫描仪售价在几十万元人民币以上。

（2）扫描易，处理难。点云数据后期处理费时费力，其处理时间是数据采集时间的10倍以上，同时对数据的合理利用还有待开发。(www.daowen.com)

（3）数据兼容难。扫描后处理软件技术不够完善，缺乏统一的行业标准，造成各厂家的技术自成一体，互不兼容。

2．2．3 常用仪器

自20世纪80年代三维扫描仪被成功用于影视特效制作以来，经过三十余年的发展，目前市面上有代表性的三维激光扫描仪品牌和型号有以下六种。

1．法如（Faro）

法如是美国大牌企业，以其产品性价比高、携带方便和简单易用等特点成为应用范围最广的扫描仪品牌。法如扫描仪的扫描范围为中短距离。

2．徕卡（Leica）

徕卡是瑞士的老牌企业，品牌知名度高，但价格也相对比较高。徕卡扫描仪的扫描范围为中短距离，其优点是物理性能好，对抗恶劣天气（如严寒阴雨雾霾）能力强，缺点是体积大。

3．天宝（Trimble）

天宝是GPS领域的著名品牌，来自美国。其三维扫描仪配备的GPS功能强大，能进行GPS导航、精确授时、无线网同步等。天宝扫描仪的扫描范围是中短距离。

4．Z＋F（全称Zoller＋Froehlich）

Z＋F来自德国，其开发的具有防爆性能的三维激光扫描仪（Z＋F 5006EX），可用于有爆炸威胁的危险环境（如化工厂、煤矿等）。其产品适用于工业，优点是精度高，缺点是设备较重、价格较高。

5．拓普康（Topcon）

拓普康是日本的老牌企业，以其全站仪产品为人所熟知。拓普康三维扫描仪的优点是物理性能较好，缺点是体积较大。

6．雷格（RIEGL）

雷格来自奥地利，拥有长达30年的脉冲激光测距设备研发经验。其长距离扫描仪扫描距离可远达6千米，但价格昂贵。