三维激光扫描仪工作原理

三维激光扫描仪是一种科学仪器，用于检测和分析现实世界中物体或环境的形状（几何结构）和外观数据（如颜色、表面反照率等）。采集的数据通常用于三维重建计算，并在虚拟世界中创建真实物体的数字模型。这些模型有着广泛的应用，如工业设计、缺陷检测、逆向工程、机器人引导、地貌测量、医学信息、生物信息、犯罪鉴定、数字文物采集、电影制作、游戏创作素材等。3D扫描仪的生产并不依赖于单一的技术。各种重建技术各有优缺点，成本和价格也各不相同。目前还没有通用的重建技术，仪器和方法往往受到物体表面特征的限制。例如，光学技术不容易处理有光泽（高反照率）、镜面反射或半透明表面，而激光技术则不适用于易碎或易腐的表面。

三维激光扫描仪的目的是在物体的几何表面生成点云。这些点可以用来插值物体的表面形状。点云越密集，模型的创建就越精确（这个过程称为三维重建）。如果扫描仪能够获得表面颜色，就可以进一步将材质贴图粘贴到重建的曲面上，称为纹理映射。三维扫描仪可以模拟成照相机。它们的视线是锥形的，信息收集被限制在一定的范围内。两者的区别在于相机捕捉颜色信息，而3D扫描仪测量距离。由于测量结果包含深度信息，所以通常称为深度图像或距离图像。由于三维扫描仪的扫描范围有限，经常需要改变扫描仪与物体的相对位置或将物体放在转台上，然后多次扫描，拼凑出物体的完整模型。集成多个单面模型的技术称为图像配准或对齐，涉及多种三维匹配方法。