+7 (495) 781 78 88 Заказать обратный звонок | написать нам

Применение

Лазерные сканеры RIEGL серии VZ – 400

В статье приводятся некоторые значимые результаты, достигнутые с помощью сканеров серии VZ-400:

  • считывание калиброванной амплитуды (интенсивности) сигнала
  • возможность регистрации калиброванной отражательной способности
  • оптимизированное по времени детальное сканирование
  • высокая точность лазерного дальномера
  • детализация при множественном отражении сигнала

Считывание калиброванной амплитуды сигнала

До настоящего времени трехмерные лазерные сканеры давали возможность считывания амплитуды для каждого результата измерений в виде числа, без определения физических характеристик. Новая серия лазерных сканеров «V» дает возможность считывать амплитуду для каждого отраженного сигнала, которая определяется как отношение реальной зафиксированной оптической амплитуды отраженного сигнала к определяемому пороговому значению. Данное отношение имеет размерность [dB] — децибеллы.

 

Окраска скана в градациях серого цвета
Рис. 1 Окраска скана в градациях серого цвета соответствует калиброванной амплитуде. Диапазон кодирования от 0 dB до 50 dB лежит за пределами порогового значения. Яркость понижается от близких объектов к дальним.

 



Регистрация калиброванной отражательной способности

Хотя амплитуда, определяемая в децибеллах выше порогового значения, уже предоставляет полезную информацию по регистрируемым характеристикам, присутствует существенная зависимость амплитуды от расстояния. Например, белая рассеивающая цель, расположенная на удалении 50 метров от сканера будет давать оптическую амплитуду, по величине в четыре раза большую, чем та же цель, установленная на расстоянии 100 метров. При этом «в четыре раза» соответствует 6 dB, таким образом калиброванная амплитуда, регистрируемая сканером RIEGL V- серии, будет на 6 dB выше для целей, расположенных на расстоянии 50 метров, в сравнении с целями, удаленными на 100 метров. Параметр «reflectivity» дает отношение действительной оптической аплитуды к оптической амплитуде рассеивающей белой цели на некотором расстоянии (в дальнейшем предполагается, что белая цель по размерам больше чем пятно лазерного излучения, отражающая способность составляет 100%, цель плоская, и ее поверхность перпендикулярна по отношению к падающему излучению сканера). Данный параметр также дается в децибеллах [dB], при этом значение 0 dB соответствует белой рассеивающей поверхности.

Данная величина интенсивности позволяет легко выполнять оценку отражающей способности цели. Например, -3 dB означает 0.5 или 50% отражающей способности, -10 dB означает 10% отражающей способности, -20 dB означает 1% отражающей способности. Отрадающая способность выше 0 dB свидетельствует о том, что цель дает отражение большее, чем белая рассеивающая цель, например это может быть отражатель. В визуальном представлении, где каждая точка облака точек имеет уровень яркости в соответствии со своей отражательной способностью, объекты с одинаковой отражающей способностью имеют одну и ту же яркость, независимо от удаления от сканера. Это дает естественное восприятие и хорошие возможности для дешифрирования объектов. Путем установки порогового значения, например +6 dB, каждый отражатель может легко определен (выявлен).

 

 Оттенки серого цвета, в которое окрашено облако точек
Рис. 2 Оттенки серого цвета, в которое окрашено облако точек, соответствуют отражательной способности цели. Диапазон кодирования от - 20 dB до 3 dB соответствует белой рассеивающей цели. При этом яркость практически независит от расстояния. Розовые области на скане соответствуют отражающей способности больше 3 dB, а зеленые меньше - 20dB.

 

Оптимизированное по времени детальное сканирование

Лазерный сканер VZ-400 имеет дополнительную программу измерений, специально разработанную для детального сканирования отражателей. В этой программе измерений, при которой частота излучения может иметь значение 100 kHz или 300 kHz, в зависимости от потребности измерений, существует программа «reflector scan», при которой частота излучения составляет 300 kHz, и которая характеризуется быстрым способом сканирования отражателей.

Сканер RIEGL VZ-400 автоматически выбирает наиболее подходящую программу измерений для выполнения детального сканирования. Для целей, изготовленных из отражающей фольги, обычно выбирается программа «reflector scan», при расстоянии до 150 метров от цели, что позволяет уменьшить время сканирования. Для отражателей, расположенных на значительном удалении, например на 500 метров, будет выбрана программа «high speed», для получение наиболее качественных данных.

 

Детальный скан круглой цели с отражающей пленкой на поверхности

Рис. 3 Детальный скан круглой цели с отражающей пленкой на поверхности. Диаметр цели 50мм, расстояние от сканера 43 м. Градация изображения в оттенках серого цвета соответствует отражающей способности от 0 до 35 dB

 

Высокоточный лазерный дальномер

Лазерный сканер RIEGL VZ-400 имеет очень высокую точность лазерного дальномера. Например, при сканировании плоского белого фасада здания, с расстояния 80 метров будет получена ошибка по дальности всего 2mm. Хорошие результаты измерений достигаются даже при неблагоприятных внешних условиях.

 

Скан с изображением отражателя
Рис. 4 Фасад здания. Зеленым цветом показанны выделенные точки — 3000 точек. Среднеквадратическая ошибка измерения точек по данной области составляет 1.8 мм

Рис. 5 Скан с изображением отражателя, зак - репленного в верхней части бетонного столба, на расстоянии 16 метров, позади ограды, на удалении 9 метров от нее. Данные сканирования получены спустя 1 час после дождя. Мокрая часть бетонного столба имеет более темный тон, а сухая более свет - лый. Из-за наличия дождевых капель на поверхности прямоугольной площадки, некоторые ее части отображаются как отра - жатель. Оттенки серого цвета соответствуют отражательной способности в диапазоне от - 20 dB до 10 dB.

Сечение по облаку точек
Рис. 6 Сечение по облаку точек. В верхней части изображения представлен вид спереди, в нижней части — вид сверху. Даже в отраженом от краев столба участках и несмотря на прохождение излучения сквозь металлическую сетку, результирующий скан имеет очень низкий уровень шума.

 

Отражение от многих целей

Сканер RIEGL VZ-400 позволяет регестрировать отражение практически от неограниченного количества целей от одного импульса. Минимальное расстояние между целями при этом составляет 0.8 метров. Ниже показан в качестве примера скан дерева. На коротких расстояниях между целями, для одного лазерного импульса, инструмент не может распознать отражение от разных целей. Однако он может предоставить значимую информацию о форме регистрируемого импульса. В ситуации подобной этой, форма приходящего импульса дает точную информацию о том, получено ли отражение от одной цели, или от двух близко расположенных целей. Устанвка порогового значения по отношению к форме приходящего сигнала позволяет отфильтровать ненужные точки, и сохранить только полезные данные.

 

Рис. 7 Растительность на близком расстоянии (около 6 метров) как она видна со сканерной позиции. Слева: оттенки серого цвета соответствуют отражательной способности. Справа: Оттенки серого соответствуют форме импульса - белый цвет: форма принятого сигнала соответствует форме излученного сигнала. Серый цвет: сильное отклонение от формы первоначального импульса. Рис. 8 То же дерево, что и на предыдущей иллюстрации, только вид сбоку. Смазанные точки могут быть идентифицированы по форме импульса (от серого к темно-серому), и отфильтрованны при необходимости.