三維激光掃描儀測量原理

三維激光掃描儀基于激光的單色性、方向性、相干性和高亮度等特性，在注重測量速度和操作簡便的同時，保證了測量的綜合精度，其測量原理主要分為測距、測角、掃描、定向四個方面。

1.測距原理

激光測距作為激光掃描技術的關鍵組成部分，對于激光掃描的定位、獲取空間三維信息具有十分重要的作用。目前，測距方法主要有：三角法、脈沖法，相位法。

1.1三角測距法

三角法測距是借助三角形幾何關系，求得掃描中心到掃描對象的距離。激光發射點和CCD 接收點位于長度為的高精度基線兩端，并與目標反射點構成一個空間平面三角形。

1.2脈沖測距法

脈沖測距法是通過測量發射和接收激光脈沖信號的時間差來間接獲得被測目標的距離。脈沖法的測量距離較遠，但是其測距精度較低，現在大多數三維激光掃描儀都使用這種測距方式，主要在地形測繪、文物保護、“數字城市”建設、土木工程等方面有較好的應用。

1.3相位測距法

相位法測距是用無線電波段的頻率，對激光束進行幅度調制，通過測定調制光信號在被測距離上往返傳播所產生的相位差，間接測定往返時間，并進一步計算出被測距離。相位型掃描儀可分為調幅型，調頻型，相位變換型等。設激光信號往返傳播產生的相位差為準，脈沖的頻率為f，則所測距離S 為：

S=(c/2)*(Ø)/2πf    (3)

由公式(3)可知，這種測距方式是一種間接測距方式，通過檢測發射和接收信號之間的相位差，獲得被測目標的距離。測距精度較高，主要應用在精密測量和醫學研究，精度可達到毫米級。

以上三種測距方法各有優缺點，主要集中在測程與精度的關系上，脈沖測量的距離最長，但精度隨距離的增加而降低。相位法適合于中程測量，具有較高的測量精度，但是它是通過兩個間接測量才得到距離值，所以應用這種測距原理的三維激光掃描儀較少。

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