三维激光扫描测量采样要素关系研究

纪 勇,齐建伟

(黄河水利职业技术学院，河南 开封 475004)

0 引言

采样密度是在进行扫描测量时经常谈到的问题。 一般来说，采样间隔越小，采样密度越大，同时采样密度随着扫描距离和扫描入射角度的增加而变小。 也就是说，在同样的扫描条件下，从近距离目标获得的采样密度较远处目标的大，在扫描入射方向与目标正交的情况下获得的采样密度会比斜交时要大。 此外，采样密度与角度测量分辨率也有一定的关系。

1 扫描距离与激光光斑大小之间的关系

1.1 激光的发散性及计算方法

虽说激光测量的方向性强［1］，但这并不意味着激光不具有发散性。 不过，一般扫描仪并没有给出发射激光束散角的大小，发射激光束散角的大小还需要计算求得，如Trimble GX 3D 可用式（1）反算出该扫描系统的激光束散角。

图1 激光束发散性示意图Fig.1 Laser beam divergent sketch

1.2 激光光斑扫描距离的变化及影响

正是由于激光光斑随着扫描距离的增加而变大，所以当它在扫描较远处的目标时，由于光斑过大，光强中心和光斑几何中心有时会发生不一致现象［2］，从而导致激光定位的不确定性。

图2 光斑大小与扫描距离之间的关系Fig.2 Relations of light spot area and scanning distance

从图2 Trimble GX 3D 激光扫描测量系统扫描距离与光斑大小的对应关系可以看出，光斑大小和距离成线性变化关系， 函数关系式为y=0.06x(mm)。 图中x 为扫描距离，y 为光斑直径大小，随着扫描距离的增加，光斑尺寸也在线性变大。

2 激光光斑大小与边缘效应

2.1 激光光斑的大小及影响

三维激光扫描仪测量系统的激光束散角一般是固定的。……