Scanere Laser

8/2/2019 Scanere Laser

1/12

SCANERE LASER1n documentarea unor construejii ~iif.1lstalatii. existente, pn~eum .~i restaurarea unormonumente istorice, cunoasterea geometriei obiectului este decea rna] mare importanta ..

Docurnentarea co nplexa a costructiilor are astazi loc d regula: intr-un GIS; reprezentarea spalialaa obiectuli bazandu-se pe un numar limitat de forme elementare de modulare, CUmiU" fi linii,poligoane ~j corpuri, Prin ele sunt r ep re ze nta e e muchii , coljuri plane ~ielemente de volurn aleobiectului real. II I functie de . scopul umsrit, modelul rezultat trebuie s a corespunda in lirnita uneiannmite precizii en obiectul real.

De-a lunzul timpului S-ElU elaborat 0 serie d metode pentru ridicarea punctelor spatiale,pronirid de la metodele tahimetrice, unde ridicarea em realizata punet ell punct ~i cu atributepentrufiecare punct pan(i laridicarea in masa a punctelor obiectprin metode fotogrammetrice si scanarelaser, La masuratori le tahimetrice, timpul pentru discretizarea punetuala a obiectelor ~iatribuireade atribute fiecarui punctesn foarte mare comperati en metodele fotogramm trice ~] de scanarelas r,care asigura 0. preluare rapida, msa f;ira atribute.

Scanarea laser este 0 nona tehnica de m a . r u - a r e , . ] p ' f i 1 1 ! intermediul careia poate fi ]r'lr gistrata(m at rnult sau mai pl1l.~iin)complet autom a geom etria unei structnri, m r S ! reflector, cu inata precizie~i ell viteza ridiceta, Rezutatul masuratorilor este reprezentat de 0 multime de punete, numita norde puncte,

Scanerul laser inregistreaza punctele tridimensional prin masurarea unghiului orizontal : ; ; ivertical, precum ~ a distantei spatiale spre fiecare punct, Masurarea distanrei se face electro-opticprin procedeul impulsului sau comparatie de fazfu,iD functie de tipul insjrumentului. Prill folosireaunor funetii trigonometrice simple, se obtin coordonatelc punctelor intT-un sistem cartezian decoordonate propriu scanerulu], Unghiul orizontal siv rtical sunt modificate 1n mod automat cuin te rvale prestab il it e.

Scanarea lasercensta in devierea unei raze laser prin intermediul unor oglinzi (prin baleeresan rotatie), reflectarea razei laser de.pe uprafata obiectului m sural si receptarea razei Ias rreflectate, Fa~a de rnasurarea distantelor tilizand 0. s up ra fa ta r ef le .to riz an ta , pr cizia de masurareIn.aceas f u si uatie depinde d intensitatearazei laser refl date.

Legamri functionale intre precizie ~i intensitate sunt descrise de Iegile :f izicii, Parametriiprncipali in aceasta l t t u ] } c t i e s un t d is ta nta de la scaner p a n a la obiect, unghiul de incidenta ~ip ro pr ie ta tile re fle ct rizante ale suprafe] lor.

Rezolutia sau dimensiunea laturilor grilei de punete care s a deserie suprafata unui obiectpoate fi de ord inal m ilim etrilo r p;1}:i].l]J.1centim etri, in functie de pozitia instrumentului - d]st~~n~apunctului de sta!~]efa~a de obiectul de scanat, pl1ecum. si . 3 J . In(:lii.n~Iii suprafetelor de pe 0 biect fa~ade directia de scanare. Actualmente, exista tendinta de combiner a doua tehnici de preluare inmasa a punctelor I scanarea laser si inr gistraril fotogrammetrice),

Precizia determinarii pozitiei spatiale a punctelor prin scanare este de ordinul mm ,.Georeferentierea maisur:jj.totri ler este posibila prin intermediul unor punete de coord onate 3Dcunoscute, dispuse in ada de scanare,

D~ celemail1_J;lllteOli.illaturideinfOrrna~:ij.lr.;l cucaracter geom etric (c ordonate 3D)~ Sll I11tofetit ~j. inregistrari ale ntensitatii norului d puncte (informatii radiometrice), iar la unele scanerecare disp-un -i de camera fotografica digi t w ~ -l l : l1cOl'pomta, se pot obtine fotografii ale satiul u : iobiect ,

Se poat vorbi aid de LIDAR (Ught Detecting and Ranging), sistem care functionea ,~ peprincipiul radarului, determinarea coordonatelor realizandu-se prin metoda polara, raza laser er isade aparat fiind reflectata de obiect :lse masoara distanta, direcliSl 'in spatiu ~iintensitatea luminiireflectate.


2/12

llWIUZt,:~'IilEDi;:iLq~

Prtncipiul scaniirii laserIn general, un obiect poate ~i trebuie s a ID e scanat din r o m multe puncte de statie, lterior,

intimpul prelucra..ii imagmilor scanate, scopul est. de a inregistra nodi de puncte obtinute dintr-osinguJ'a static intr-un no de puncte comun, Aceasta operatiunepoarta dermmirea de registratie,

Pentru aeeasta operatiune, snnt nee are.puncte comune norilor de puncte preluat din statiiinveeinate (puncte de constrangere - t 1 . 'p ints) care pot :fi puncte de pe obiectul scana t s_alll[intspeciale.

In acest mod J a fiecare scanare trebuie sa , existe vizibilitate spre trei sfere (sau puncte deconstrangere). Astfel, este posibila integrarea sistemului de coordonate local al scanerului ins is temu l d e r ef eI '] ntr uexistent.

Un generator de 1"1.11electric actioneaza asuprn unei diod lasercare emite pul uri delumina infrarosii, care Sl!IDt stranse intr-un fascicul paralel prin intermediul unor lentils .. Prinl en t il el e re cep toare , parte din sernnalul rezultat reflectat de pam Ioveste (atinge) ,I) fotodioda caregenereaza un semnal electric receptat, Intervalnl de timp ]ntre transmiterea ~i receptia pulsatiiloreste contorizatprin intermediul unui stabilizater d e f re cv en ta c u cuart,

Valoarea ealcnlata a razei deactiune (a. intervalului) este preluata de un microcomputerintern care pro ese aza datele masurate ~ : U . Ie afiseaza pe display ca dat de iesire.


3/12

Ir.\I I ~ ~ ,~I II ;-,O~l't3DfSlj lJr~ r--------------

I

~

D j , ) { 1 e :l.asar

!.._--~~Miu(,( :,m l)lI e r

Priticiphd de mdsurare alsenzondui Laser (metoda time afflight)

2. Tr.l s ii tt l1 r i -carac ter is t ic e ~deCD ZOrl ilu i . .Laser PulsedPrincipii generals:metoda: masurarea timpului de propagate time of flight;

lungim e de unda in. dom eninl inframsu;dioda pulsatoare ca transmitator laser;recepter optic senzitiv;d teeter de semnal pentru pulsuri multiple;microprocesor pentru p ostprocesare si llll.terfatft-mecanism de scanare optico+mecanic corespunzator.

Avantaje;marime redusa;fiabilitate spont:a;imunitate ridicata l a i nt er fe r eme :precizie ridicata;domeniu mare de masurare;culegerearapida a datelor;raza laser puteric colimata;raport performanta/pret excelent,

Reducerea razei de actiune poate fi canzata de:stralncirea puternica a luminii zilei;v iz ib il it at e p roasr a;praf sau m u rd arie p e Ientile,

Scanerul laser fumizeaza 0 reprezentare completa a unui obiect din spatiu reprezentare3D).efectu:i.n.d 0 s rie de maS1UaWI'] atilt in plan orizontal, cal l in c ivertical. la in t rvaluniforme prestabilite. Combinatia intre elementele eptice rotative ~imecanismele in miscare aleinstrmentului ofera razei laser reflectaee pcsibilitatea de a crea 0 retea (un grid) uniform ..Coordonatele carteziene 3D ale fiecarui punct masurat S:UjI~furnizate prin interrnediul masurariidistantelor, a direcjiilor orizontale sia unghiurilor verticale. Acesta esre prineipiul cunscut intehnica masuratorilor terestre sub denumirea de metoda coedonatelor polare, Este important deremarcat ca aces te coordonate au ' C a t sistem de referinta un sistem intern, definit (x, y z' al


4/12

instrumentului, care apoi, prin georeferentiere. poate fi "incadHl.~ntFIIlf1 sistem de coordonateextern I X~Y Z) daca ac e tlu ru est ne sar,

..I' '"...~.J

t~~I' 4 iu t

r ,-

, . . . . . .

Georeferentierea direcsaa sconeruaaUn scaner laser t er es tr u, s tl: l! ~ io na r,p.resnplme existenta unui m ecanism com plex, care sa

permita masrarea pe dona direc ii ill unui spatiu obi..ct oarecare. Aceste directii pot 1 1 . G nsiderateca fiid cea verticala $1cea orizontala. Raza modulata de lumina e t emisa de 0unitate electronica{A) ~i intalnesre elementul optic (D)., care se roteste eli!0 viteza foarte mare. Die pe suprafataaeestuimediu optic (care are proprietatile unei oglinzi), raza laser este reflectata si se propagasubun unghi specific B),.in momentul in care scannerul a parcms intreg profilul din spatiul obiect,part 'a superioara a scan nerului, , C ),. se mteste C'U 111 lie unghi (0.. in jrul axei verticale in scopulde a in ce pe pm'cUlfg ere au :n ui2 ~lt prom. adiaeent primului. Operaiunile se repeta p a n a Laparcurgerea tuturor profilelor. prestabilite, ale spatiului obiect supus in ve st ig ar ii . .

.',.. . .

IA l~ __ ~_p!""._~.r

Prtncipiul scanarii laserin prezent, scanarea laser terestra a devenit 0 tehnica suplimentara pentru aplicatiile

geodezice, . tilizarea scannerelor laser este in.continua crestere, slstemeie prov nind de la diversefirme constrnctoare, fiind prezente asUizl pepiata instrumentelor ~isistemelor de masurare,

00 clasiflcare a ._cannerelor Iaser terestre ,e" t destul de problematica, ~eoarec..ar trebuid efin ita b aza ac este i clasiflcari,Pos ib il . . clasificari pot fi f acu t e d .up5 tu rmatoare le c ri te r ii :


5/12

domeninl de masurare E I. distantelor;pricipinl sistern ului de masurare 8 J . distantelor;densitatea ptu :u :: ;te]o r ;.precizia determiuarii pozit ie i spa~] 'E l li ea punctelor;domeniul de scanare.

Pornind de 1 8 1 acestea, se poate lua in discutie {Imodalitate de clasificare a scannerelor laserterestre, :[rI primul rand, se PG \~ ltieS pUJ I1 di.. rs u eXlstaJ un scanner laser un i versal, pentru oriceap]icalleted7LI1l:llclL Unele su nt ad eev aie pentru dom enii mid. ale distantelor (ln jncinte, IUI.d~,:d is ta nte le n u d ep 1d !~ es (;]OChn)~altele pentru domeniiale distantelor care d e p a - $ e > ' 5 c c u. mu lt lijQr~lt

In concl uzie.fipul de aplicatie tehnica decide ti pul de scanner laser,Scennerele laser terestre J J O t fi clasificate dura prncipiul sistemului de masurare a

distantelcr. Aceste defineste 8 . \ E 8 l 1 domeniul demasurare, cat ~iprecizia,Cele mai multe scannere Iaser se b 8 . l : m J a J Z 3 J . P(;)principiul masurrii timpului de proJPagare(tim e of flight), Ace asta te hn ic a p errn ite m a su ra re a d is ta nte lo r p d.n ,~ [a citeva su te de metri. EsteposbHa c h i a r masnrarea l i n e n ! distante de p e s t e l km, ins! acest avaataj implies 0 precizie mai

&C~lU!l. de .a;(pFOlwmativ 1 . (::'00.Unalt principiueste eel aIn]}]st]~:adi fazei,reprez.e:ntand cealaltatehnica com uuili.p e . 1 1 I u " 1 ! . I !

domeniul rnediu de masurare a distantelor, Domeniul este limitat ~a ~Oijm. :in8J.oest caz, [at8i deprincipiul erm ntat rn ai sus, p re ciz ia m . as llI l'J ]f ]id is ta nt elo r s e incadreaza II I domeniul mi lime trl c ..Pentru Ca t aceasta clasificare sa fie complete, trebuie amintite ~il scannerele laser conceputepentru lID. domeniu restrans (sub Wnly, utilizate rnai ales in aplicatii din industriev Principile demasurere a distantelor in acest caz sunt laser radar il] optical triangulation, Precizia unor astfel desisteme este de domeniul submilimetric (zecime sau sutime de mijimetru), De altfel, aeeste tipuride sisteme nu se regasesc 1Mclasificarile scarmerelor laser terestre,o alta posihiUi clasificare ar putea fi w.cum functie de proprietatile tehnice aleiustrumenrelor.

Diferentieri ale scannerelor laser teeestre, din punct de vedere tehnic, potconsta in:modul de scanare:

SlC311ruJfe 360;scanare pe sectiuni speeifice, datorita lirnitariiunghiului d e c 1U ID . p;SCan3Je p~ profile ete.;sistemul de deflectie 21 .razei ~.3 S F - oglinzi care se rotesc san care baleaza;

com binarea cu r u n e d:i.s]Jo


6/12

5 . HOS (H i gh ..U e fin itio JJ 1 S ' u _ r ,eyhtg)Este un nou concept, 0' n01!J~ tehnica, care tinde s~ revolurioneze modalitatile d

determinate 8 1 . pozitiei spatiale a . punctelor, inclnsiv a obiectelor sau detaliilot topografice, cu 0 0re pre ze nta re sp a! ia :l.a .a a ce sto ra , in tr-u n timp substantial m si scu rt ~i en 0 precizie mai ridicata, incomparatie cu metodele clasice,

Conceptul High-Deflnltion Surveying e te 0' descriere mai exacta a ceea ce este cunoseutfreevent ca seanare las .r3D. Firma Leie a ales aceasta noufi de criere dill doua motive:

in primul rand. acest termen (definitie) indica maiprecis cum aceasta tehnologiedifera fundamental frutrude metodele topograficeclasice;in al doile a r;find , cu noa familie de produse D S, pe U in gA fa ptu l c a S-Ol adusaceasta tehnologie ]21 U]1 nivel exrrem de interesant, dar este acum 0 metoda demasurare pe deplin dezvoltata pentru un larg evantai de masurarori ingineresti,

FamUiaHDSDensitatea mare de puncte (definite primcoordonatele lor) diferentiezafundamental aceasta

tehnologie fa:t~ de metodele clasice ale masuratorilor ingineresti, Aparitia pe ecrannl calculatoruluia date lor ell mare densitate (norul de puncte), la carr S .adauga culoarea prop-tie ~iposi bilitatea devizuahzare 3D asigura puterea acestor informatii. Aceasta ofe r a utilizatoru ..ui 0 0 mare incredere inprecizia ~icaracterul complet a l r ezu lt an lor masuratorilor.

6. Lei.ca. HDS3000HD S 30 0 0 (scannertime of flight) poate fl numit nava amiral a familiei HDS . Pe [ frmga

faptul ca are alum unui instrument de masurare, ace: t sistem suporta proced uri standard de'masurare, 'cum ar fi trepiedul pentru asezarea deasupra unui punct toografic ~i posibilitateam~strr,arii inaltimii aparatului. Combinand posibilitatea unei alii de scanare maxima (3600x2700)ell. tehnologia Smart Scm], sistemul HDS 3000 duce scanarea laser spre un r u t nivel dep ro d uc tiv ita te . B en efic iile e se ntia le se refera 1


7/12

,Sistem ul L . tea H D5' lOGOaria maxima de canare: 360ox270';l, 2 ferestre (panorama canner);camera digitaa lintegrati. coaxial, pentru preluarea (generarea) automata afotografiil r obiectelor masurate;!tationure'_P _punete de coordenate cunoscute;orientarea pre puncte de coordonare eunoscute (principiul stationarii libere de lastfll~iUeotale);toate cablurile conectate l E I instrument;tehnologia utilizata la masurarea distantelor.tirne of flight,precizia de determinate apozitiei spatiale a punctelor: 6mm'domeniul die m asurare en aeeasta precizie:


8/12

N one ~iJ1'testandard I-ID S sunt astfel concepute incat se pot roti si lnclina, "Ie suntprevszute cu un filet interim care permite montarea lor pe un baseon sau peun suport magn tic.EIe pot fi rotite ~i'inelinate pentru 0orientare precise spre scanner.

6 ..3. -Pre]ucrarea ] . n r e g i s t r , a J i . 1 J o rSuccesiunea operatiilor 'in procesul de scanare ~] Ia p ostpro c _ ar _a dan lor obtinute este

figurata in figur 'de m' t i jo .

. e l,U:U~a: I' eJ I: E x 1 P G r t : dalte

~R'esrul l \19JlEXpon)Succe iunea opera/mol'

La preluerare trebuie ' , j f u ne a.sigut,lm pri inte .rmediul unor functii de selectie ca punctelecanate (definite 3D apartin aceluiasi plan.jn limita unei precizii prestabilite, Obieetul din lumea

rea}.!itrebuie transpu intr-un model, format din colturi, muchii ~l plane, olmrile se uneso ~iformeazamuchii, iar muchiilelimiteaza plane. Planele, la :randul lor, sun! limite pentru elementede velum. Suprafe'ttd.e constructiilor contin multe planet care se intersecteaza in colturi ~imucbii .La instalatii ]ndllst~jale se iil'~lI~escfoaF"tefF'ecve:nf obiecte cilindrica eum ar fi levi'~i coleane. inaceste situatii, 0 mode lare a c o l tm : iU J ' J f . d i n punete seanate poate sa l dea gres intrucat de lJ.U exista inrealitate datorita formei rotunde a obieetului. Abia dupa intersectarea muchiilor (canturilor)adiaeente, se obtin col 'mile constructive.

Pentru liminarea erorilor punctelor scanate, datorita aparatului ~i a erorilor daroratemodelarii structurilor hied, are]oc 0 modelare a suprafetel r plane printr-un calcul decompensare.Punctele care trebuie introdnse in calculul de compensare sunt extrase in modautomat printr-un procedeu de cautar reeursiv din numarul total de; puncte scanate sau numai aunui paq] din aeestea, O O Z U i t pe veeinatatea spatialaa punctelor, Relatiile de vecinatate sunt dedusecu ajuto:rul unei triengulatii tridimensionale Delaunay. Pentru a lua 0 decizie ,c;1punctele apartinacelulasi plan, se calculeaea in punctele scanate valor] de rotunjire pe dona directii ortogonale,Parametrii de ronmjire pentru 0' suprafata plana sunt astfel imbllIna.ta.Pli recursiv In urmacompensarii se obtin parametrii suprafetei plane, iar pentru esti area preciziei se objinabaterilestandard pentru distanta dintre punctele seanate la sorafata planului,

Suprsfetelc plane sunt formalizate prin poligoane, iar s prafe] Ie cilindrice si sferice prinarce de elipsa, Segmente de drepte ian nastere prin generalizarea de poligoane formate din punctemarginale, care sunt extrase dintr-un shap bidime nsiooal. Extragerea . uprafetelor plane regulatese bazeaza exelusi v pe date scanate,

Pentru diferite prelucrari, existenta unor coordcnate carteziene pi obieel definite tntr-unsistem local, pot fl deosebit de utile, ele sprijinind modelarea muchiilor suprafetelor plane.E tra ge re a rn uc hi ilo r ~i col tnrilor din norul de puncteeste mult rnai sigura prin utilizarea unorprofile, Formarea profilelor este 0 componenta deosebit de importanta in modelare, In cazul eelmai simplu, norul de punete scanate este redus prin functii d s lectie, astfel Ji'ncat Sal permits


9/12

model area unor segmente de linii care formeaza profile, Punctele repreze ntan ve de pe un profilsunt selectate din ochi, Dupa introducerea interactiva a . orientarii profilului printr-o dreapta dejamodulate a lungimii acestuia ~ia doua puacte de pe profil selectarea poae decurge automat.

U1!1I.rofil general este compus din segmente de profile (drepte spatiale), m e rezulta dinintersectia suprafepe lo r p lane regulate extrase din planul pmfilului. Snprafetele obiect suntformalizate in domeniul de eautare, extrase ~], linand cent de unele goluri combinate cu planele deprofile, sunt apoi unite formand segments de drepte si elipse, Profilele 'inveeinate sunt concat nate:prin inte rsec ti i.

2.3. 7. Tr.mb~e3D SeanerTrimble 3D scanners use tirne-of-Ilightmeasurement technology that is based uponthe principleof sending out a laser pulse and observ ing the tillite taken to reflect from an object and return to theinstrument. Advancedelectronics are used to compute the range to the target The distance rang.!.:-scombined with 3 1 1 g L e encoder measurements to ' provide the three-di 1 : 1 1 msional location of a p o i n t .Th is " ty p eoftechnology is sim ilar to the D irect R eflex technology used in th e Trimble S6 and 5600total stations. Howevervthe difference between. 3D scannersand Direct Reflex (DR) technologyused in total stations is the speed of measurement. Total stations. such as the Trimble 56, canprovide approximately 4 distances per second in DR mode, In contrast, the Trimble GX 3Dscanner is capable of measuring up to 5000 distance s per second!The ability to accurately JPI)SitlOIl objects at over 1000 times the speed of a total station allows a3D scanner to quicldy produce large amounts or survey da lw . This data, commonly referred. to as a"point cloud", can provide a three dimensioual shape. or visualiz..arion, of the feature beingme as ur ed .

Scannef'l:tl 3D Trimble axFor surveyors who are more familiar with measuring discrete points to identify a feature, the sheeramount of data that can be produced from a.3D laser scanner may seem overwhelming. However.a JD scanner is still providing 3D positional information in a similar ~vuyo a total station, Themain difference is that the speed of measurement allows a 3D scanner to provide moremeasurements in a shorter amount of time. This a . b l l : U t y ,aUO\ iVS users ttl either significantly reducesu.vey Held time or to collect a denser amount of points. which results ill more accurate detail ofthe survey site.


10/12

~ GPS techlilo[ogy.. ~.b firstcommerciallj available 3D scanners were_ used fur specialized applications rather than i pical survey tasks. A~ the technology has

become more arce sible and the benefits of such fast data acquisition have been real i ze d ,surveyors have started looking towards 3D scanners as a new tool for the future. As the interest hysurveyors has grown, manufacturers have looked towards 'Offering 3D scanning techno logy timt issimple and eff ic ient to usc. HO' !LNeVer ,without an integral survey focus fev..manufacturers have been able to offer a system that is truly designed for the surveying industry,

2.3.7.1, P'roce~ul de scanm:e laserTo understand the importance of a survey workflow with a 3D scanner it is necessary to firstdescri be theworkfl ow that has typicall y been used with a scann el l u . p until today.The traditional scanning methodology is to use measurements to a number of common targets ors ph er es to r ela te mu ltip le scans together or to relate measurements to an existing control network.This workflow involves placing the seanner at locations about the survey site and measuring to anumber of targets (either flat Of spherical), as well as the actual feature of interest (e.g.. ill. building),The scanneris then moved 10 the second location and at least three common targets or spheresfrom the first scanner location are measured, s e figure I.

Scanarea 1 Scanarea 2Scandri m'f .ll tipieale aceluiasi obiectiv

TIle common measurements to the targets or spheres are then used to relate the' scans together in amanner very similar to a GPS calibration work f 1 0 ' v ., , ' , This process is typically performed in theoffice ance the field data collection has been completed. see figure 2..


11/12

2

L!giiIum d in 1r e s ctmiiFil e .multi ple a l e : unui obiectivSC::il!!!:~ . . .. ; .R; .auJIU_'"- 'Iug:. [ suitable for man)' applications, it does have limitations in that;

to pe ea_


12/12

station workfIo\'1,rthe scanner can he set up over known points tberehya dl~[ Ieationship to existing ground control. Measurements between statio

~ ...monb referred to a traverse measurements, provide an instant relation: hip between multiplestations and allow the user to view homogenous data in the field without additional postprocessing. The quality and extent of 1 1 1 1 : : survey d ~ ~ b l can be verified in the field, reducing SLIn'CYtime or costly re-measuremen t.

Scan~re(l 3D intr-o cariera

Date post:	05-Apr-2018
Category:	Documents
Upload:	alexandra-habean
View:	233 times
Download:	0 times

Scanere Laser

Documents