扫描仪的应用技巧-盘古文库

扫描仪的应用技巧

来源：漫步者

作者：开心麻花

2025-09-19

扫描仪的应用技巧（精选12篇）

扫描仪的应用技巧第1篇

三维激光扫描技术是诞生于生于上世纪九十年代的一项高新技术,经历几十年的发展,该技术日趋成熟。三维激光扫描技术又被称为实景复制技术,利用激光测距原理,以每秒数万乃至百万次的测量速度,快速获取物体表面点的三维坐标值、反射率和纹理等信息,并通过计算机加工处理,可以快速构建被测物体的点、线、面以及三维模型等各种信息[1]。以其独有的优点,该技术在工业制造、工厂改造、规划、建筑、文物古迹保护、军事等领域得到了大量的尝试与应用。就建筑领域而言,无论是文物古迹维护,还是当代建筑改造,都需要反映建筑现状的图纸等测绘信息,而对于重点文物古迹的测绘,往往需要采用非接触测量方式。三维激光扫描技术无疑为获取建筑较完整的信息提供了完美的技术支持与保障。

2三维激光扫描原理与特点

目前,三维激光扫描仪的种类繁多,但其构成大致相似。三维激光扫描仪主要由激光测距仪和旋转反射棱镜组成,主流的扫描仪还具备高清数码拍照设备(CCD)。激光扫描仪的工作原理是由激光发射器主动发出一个激光脉冲信号,再由均匀旋转的反射棱镜引导至物体表面点,信号经物体表面反射后由接收器接收, 计算测点与扫描仪的距离,同时角度编码器同步记录旋转反射棱镜纵向测量角度β和扫描仪水平旋转角度α, 由此便可计算出目标点三维坐标值(X,Y,Z)[2]。(图01)

按照激光类型不同,可将三维激光扫描仪分为相位式和脉冲式[3],两者各有优缺点。相位式三维激光扫描仪的优点是扫描速度快、精度高、点密度大、可以近距离扫描,而缺点是扫描距离相对较近,通常是几十米至几百米。而脉冲式三维激光扫描仪优点是扫描距离远, 可以达到数公里,其缺点是近距离扫描效果差,扫描速度较慢。按照扫描的距离长远,又可划分为短距、中距和长距离扫描仪。若按照扫描仪搭载的平台不同,可划分为手持、车载、机载扫描。不同类型的扫描仪对应着不同的应用领域,只有根据需求选择合适的扫描仪,才能真正发挥扫描仪的功能。

3三维激光扫描仪作业流程

从三维激光扫描仪作业流程来看(图02),我们可以将其概括为前期准备、数据采集、数据加工、点云应用四个阶段[4]。

前期准备阶段。该阶段所做的主要工作是根据现场踏勘情况制定详细的作业方案,包括设站数量和设站位置、参考标靶的摆放等工作,尽量做到保障测量精度的前提下,减少设站数,节约扫描时间,提高作业效率。

数据采集阶段。该阶段就是按照既定的作业方案完成数据采集,在采集过程中如果发现不合理的地方,要及时增加或减少扫描测站,并做好相关的记录,保障后期数据处理顺利进行。

数据处理阶段。数据处理是整个流程中较耗时的, 这与采集的点云数据量大小和计算机性能有关。一般, 数据处理包括点云拼接、点云过滤、去除噪声、数据精简、点云上色等步骤,只有经过以上处理才能得到完整的、高质量的、可用的点云数据。

点云应用。点云是包含了物体三维坐标值、色彩信息的数据,可以根据需要对点云作进一步的加工处理, 其主要应用方向有原始资料存档、三维建模、制作常规二维图、场景虚拟等。

4三维激光扫描仪在建筑领域的应用

4.1原始资料存档

对建筑物进行测量,获取其空间三维数据、颜色信息、纹理等方面的数据,并建立档案,是保护建筑最基本的方法,这为以后建筑物改造或复原提供了依据, 对古建筑和文物而言,这尤为重要(图03)。就测量手段而言,传统方式采用直尺、量角器、锤球等工具现场直接量取各种构件的尺寸和记录相应的文字信息,到室内再绘制出各种图件。这种方式虽然简单灵活,但是作业效率低,对于建筑物整体尺寸的控制却不尽人意;而且古建筑中,往往包含雕刻、文字、绘画等,传统的方式根本满足不了完整记录建筑信息的要求。与此同时, 近景摄影测量虽然能较好的记录建筑表面的信息,但是外业测量比较耗时,测量精度也较差。同以上两种方式相比,三维激光扫描技术无论在数据采集效率还是获取建筑信息完整度、测量精度等方面,都具有无与伦比的优势,该技术为建筑快速数字化建档提供了强有力的支持。[5]

4.2建筑制图

基于三维激光扫描点云绘制常规的平、立、剖面二维CAD图,目前比较流行的方式有两种[6,7]:第一种方式是利用处理后的点云生成正射影像(图04),根据影像绘制平面图;这种方式有点类似摄像测量,但是由于影像没有透视畸变,因而在精度上要优于摄影测量。第二种方式是将拼合处理后的点云切成薄片,将点云薄片导入CAD等软件中,根据点云绘制(图05)。采用这种方式需要注意控制点云片的密度,理论上密度越大,精度越高,但是数据量的增大也对计算机的性能提出了更高的要求。因而,这需要我们在不断实践中寻找到两者间的平衡。这两种方式比较而言,第一种方法的优势是生成正射影像后,图像纹理清晰,绘制更加简单,但是在生成的过程中会有部分精度的损失,耗时比较长,比较适合于壁画、彩绘等精细线划图的绘制,第二种方法的优势则简单快捷,没有精度损失,但同时也因其不够细腻,对壁画、彩绘等的绘制不尽如人意,适合建筑的平、立、剖面等结构性的线划图的绘制,且整体尺寸精度控制较好。

4.3构建数字实体模型

构建数字三维模型能直观的展现建筑风貌,可用作效果展示,虚拟漫游等。另外,随着工程信息化的不断发展和建筑信息模型(BIM)技术的推广,利用BIM模型实施工程建设阶段的管理需要结合高效的测量手段来检测施工质量[8]。三维激光技术能够有效的链接模型和工程现场,高效、完整的记录工程现场的复制情况。通过对三维激光点云进行抽稀、除噪,导入GEOMAGIC、 IMAGEWARE、POLUWORKS等专业软件中,可直接对点云进行拟合建模,形成高精度,多种分辨率的三维模型(图06、07、08、09),并可转换为BIM模,进而与设计模型进行精度对比。

4.4建筑变形分析

对于建筑变形监测,传统方式都是在建筑的特征部位埋设变形监测点,在变形影响范围外埋设基准点,定期观察监测标志相对于基准点的变形量。这种基于点的监测方式可靠程度很大程度上取决于特征点选择的合理性。而且基于点的监测方式并不能最大程度反映建筑的最大变形,对于大型钢结构建筑更是如此。基于三维激光扫描仪的监测方式能够对建筑物进行全方位的测量[9],通过两次扫描数据对比分析,进而可知建筑整体变形情况(图10)。

4.5智慧城市

在智慧城市的建设中,城市数字化与信息化是智慧城市重要的组成部分。城市数字化信息的获取包括人工测量、航空影像、卫星影像、激光扫描等。三维激光扫描已经成为获取空间信息的主要技术手段,其特点是获取速度快、高精度、高密度、实时性强、自动化程度高;基于三维点云数据,可以快速、准确构建二维平面图与三维实体模型。同其他手段集成,三维激光扫描技术的应用也扩展到城市环境监测、地表资源获取、城市建设规划,实现了对城市信息化高度把控。

4.6建筑设计与3D打印

3D打印是目前比较热门的一项高新技术,它是一种以数学模型文件为基础,以可粘合物体为原料,采用逐层打印的方式来构造物体[10]。3D打印技术实现了设计蓝图到实体模型的转换,更加直观的展示设计效果。在旧房改造中,可利用三维激光扫描仪扫描构建建筑模型,再根据模型作规划设计,结合3D打印技术制作出修改后的建筑模型,既可以做效果展示,又能发现设计中的不足。三维激光扫描技术和3D打印技术是目前的前沿技术,在实际应用中还存在不足,但可以预见的是,这两项技术的发展必定会相互促进,而建筑设计也会由虚拟的三维模型过度到实体模型的设计方式。

5总结与展望

三维激光扫描仪突破传统单点测量的方式,采用非接触测量方式,高效快速记录建筑物的外观、结构、色彩、纹理等信息,对测量的对象进行实景复制。该技术不仅能减少外业工作量,而且利用测量点云还能快速制作CAD建筑图纸、构建三维模型,进而加工成BIM模型。随着三维激光扫描技术的发展以及制造成本降低, 后处理软件不断完善,三维激光扫描技术在建筑领域将得到更加广泛的应用。

摘要：三维激光扫描仪作为一种新的空间数据获取手段,可高速、高精度获取物体表面点的三维坐标值和纹理信息。本文论述三维激光扫描仪工作原理、工作流程,并概述了三维激光扫描技术在建筑领域的应用。

三维激光扫描在建筑竣工验收的应用第2篇

1.项目背景

此小区为刚刚建设的小区，应业主要求完成小区的竣工测量，和房屋立面测量，小区地形测量的结合项目。

2.仪器介绍

法如Focus3D X 330三维激光扫描仪是一款超长测量距离的高速三维扫描仪，仪器重量5.2Kg，扫描精度2mm@330m。Focus3D X 330 将扫描范围扩展至全新的尺寸:能够在阳光直射下扫描最远距离为 330 米的物体。利用所集成的 GPS 接收器，这款激光扫描仪能够使每次扫描与后处理相互关联，而成为测量型应用的理想选择。凭借更高的精度和更大的范围，FARO Focus3D X 330 大大减轻了测量和后处理的工作量。三维扫描数据可被轻松地导入所有常用的事故重现、结构、土木工程、建筑、法医鉴定、工业制造和土地测量软件解决方案。

3.工作流程

本项目要扫描小区居民房，做平面图和房屋立面图，竣工资料等，此次扫描采用的是环形扫描的方案，共架设17站，外业用时4小时。

后期点云数据处理，选择FARO SENCE与Pointsense Building点云处理软件，建立房屋立面图和小区平面图，Revit建立房屋简单模型，能够快速处理海量点云数据。SENCE通过使用自动物体识别以及点云配准和定位功能，SCENE能够轻松且高效地处理和管理扫描后的数据。另外，它能快速生成高质量的彩色点云，同时还提供了用于无靶标自动配准的工具。从简单的测量到三维可视化，再到网格划分和导出至各种点云和 CAD 格式，这款用于扫描仪的点云处理软件使用起来非常简单。一旦SCENE准备好扫描数据，您就可以立即开始评估和处理这些数据。使用SCENE Web Share Cloud，只需点击一下按钮，就能将扫描项目发布到网络服务器上。SCENE WebShare Cloud 是一种用来存储扫描数据并与其他项目参与者进行共享的安全云端解决方案。Pointsense Building对建筑物的矢量模型进行线画，生成线画图、立面图等。

成果展示：

地形平面

俯视图

模型和地形图

立面图

软件生成网页版数据浏览，可浏览彩色点云数据，并可进行一般测量。

4.总结

相对于传统测量方式，三维激光扫描仪所获得的数据更加具体、生动、形象，内外业所需时间减少50%，并且可以轻松的反应出三维状况。扫描数据之后用于做平面线划图、立面图、精确后期再建模，特别重视整体精度，法如Focus3D X 330三维激光扫描仪独创靶球和棋盘纸技术，确保了数据的整体拼接精度。

天绘测绘简介：

湖南天绘测绘科技有限公司（简称“天绘测绘”）成立于2003年，至今已有十多年的历史，是一家专注于测绘与地理信息相关产业的供应商，为这些行业提供先进的设备及整体系统解决方案。公司目前亦是湖南省在这个领域中实力最强、规模最大的企业。公司现有员工50多名，90％以上为测量及相关专业毕业。

目前，主要提供的产品：航测无人飞机；地面、车载、船载、机载三维激光扫描系统；测量型RTK GPS；手持GIS；全站仪、经纬仪、水准仪等各种常规测量设备；测深仪、重力仪、水下测量机器人等各种海洋水下测量设备、各种测绘相关软件等等。主要提供的解决方案：无人机航测解决方案;桥梁、大坝、矿山、地铁、隧道自动化监测系统；三维激光扫描系统；精密工业测量；CORS建站；数字化城市等等。我们的优质服务，取得了广大用户的热烈好评。

厂家授权湖南总代理：瑞士ebee无人飞机总代理；德国猎鹰无人飞机总代理；索佳SOKKIA湖南总代理；拓普康TOPCON代理；瑞士安伯格公司总代理；美国法如三维扫描仪总代理；美国API公司总代理；美国天宝光学产品代理；中海达GNSS产品总代理；合众思壮GIS产品总代理；苏州一光总代理；欧波仪器总代理。

维激光扫描测量技术的应用第3篇

一、应用背景

如何快速、准确、有效地获取空间三维信息，是许多学者深入研究的课题。随着信息技术研究的深入及数字地球、数字城市、虚拟现实等概念的出现，人们对空间三维信息的需求更加迫切。

基于测距测角的传统工程测量方法，在理论、设备和应用等诸多方面都已相当成熟，新型的全站仪可以完成工业目标的高精度测量，GPS可以全天候、一天24小时精确定位全球任何位置的三维坐标，但它们多用于稀疏目标点的高精度测量。

随着传感器、电子、光学、计算机等技术的发展，基于计算机视觉理论获取物体表面三维信息的摄影测量与遥感技术成为主流，但它在由三维世界转换为二维影像的过程中，不可避免地会丧失部分几何信息，所以从二维影像出发理解三维客观世界，存在自身的局限性。

因此，上述获取空间三维信息的手段难以满足应用的需求，如何快速、有效地将现实世界的三维信息数字化并输入计算机成为解决这一问题的瓶颈。

二、扫描原理

三维激光扫描仪按扫描原理可划分为基于相位式以及基于脉冲式的，基于相位式的三维激光扫描仪扫描速度快，精度高，点云密度高、质量好，但是相对的来说，扫描射程较短，在150米以下；基于脉冲式的三维激光扫描仪扫描射程长大于200米，最远的甚至达到6，000米，但是扫描速度慢，精度较差，点云较少。由于相位式及脉冲式的不同特点，其适用于的行业领域也有所不同，相位式的三维激光扫描仪适用于数字工厂(石油、天然气、化工、汽车、重工业、等工厂，轮船、飞机)的生成，交通事故和犯罪现场重建、铁路轨道扫描和隧道扫描；而脉冲式的三维激光扫描仪适用于室外应用，如滑坡监测、河水和海水对港口码头和堤坝的侵蚀变化，公路测量等。

三、应用范围

三维激光扫描测量技术有着广泛的应用。激光扫描技术与惯性导航系统(INS)、全球定位系统(GPS)、电荷耦合(CCD)等技术相结合，在大范围数字高程模型的高精度实时获取、城市三维模型重建、局部区域的地理信息获取等方面表现出强大的优势，成为摄影测量与遥感技术的一个重要补充。

现在在工程、环境检测和城市建设方面等均有成功的应用实例，如断面三维测绘、绘制大比例尺地形图、灾害评估、建立3D城市模型、复杂建筑物施工、大型建筑的变形监测等。随着三维激光扫描测量技术、三维建模的研究以及计算机硬件环境的不断发展，其应用领域日益广泛，如制造业、文物保护、逆向工程、电脑游戏业、电影特技等，逐步从科学研究发展到进入了人们日常生活的领域。

四、文物保护

在三维激光扫描技术出现之前，考古勘察需要使用全站仪记录主观选择的三维位置、此后又在CAD中使用“连接点”方法产生正视图和二维图纸。

三维激光技术从根本上改变了这一切。按预先确定的分辨率在所选区域记录三维位置，产生数百万个高精度坐标。经扫描构造的表面用点云来表示，可以利用三维方式表示它的形状。点云还包括因高度或安全原因不可能进入的区域，从而考古学家不在受传统全站仪骨骼测量的限制，其进入的是整个“虚拟”环境，而不仅仅依赖图纸。

五，数字工厂

三维激光扫描系统可以提供真三维、真尺寸的工厂改造数据模型。加快设计的进度，在真实尺寸下得到最佳设计方案。

工厂改建：早期的工厂后经过了多次技术，现要进行扩大产能的改扩建，需要拆除、更换、新增大量的设备和管线。现有的比较完整的图纸只有当年的最原始装置的管道轴测图，厂里的多次技改和多年工厂运营维护的相关资料并不完整，并且也与实际有较大出入。而改扩建设计质量的关键取决于对现状的了解程度，而已有图纸与现状不符，现场情况复杂，给设计带来了很大难度，所以如何获取到准确的工厂现状资料就是第一个要解决的问题。

虚拟安装：从点云生成的竣工模型与原设计的对比，进行碰撞检测，查找出冲突，尽早发现施工中发生的问题。

六，隧道测量

隧道与采矿工程师现在遇到的问题是怎样准确验证隧道方向、评估隧道剖面超挖／欠挖以及准备却计算喷混凝土的厚度以便加固。

考虑到地下矿刚刚完工采矿场存在的潜在危险以及对勘察人员产生的风险，有必要拥有一件能让他们在最少时间内获得最多信息的工作。

三维激光扫描仪以更快的速度和更广的扫描范围可以保证在短时间内获得隧道墙面的3D数据，极其复杂的表面依然可以毫不费力的制作成表面模型，可进行开挖土方量计算，开挖隧洞壁平整度分析，隧洞的断面分析，超／欠挖分析，隧道掘进方向效验等。

七、灾难和事故现场测量

在犯罪现场评估前期，法医调查员很少能够确定哪些信息重要，经常对哪些东西需要测量和记录以及哪些不需要测量和记录做出主观决定。尸体、蛋壳、枪支和血滴都是明显东西，很容易定位，但是却遗漏一些不明显但是对破案关键的物体。

三维激光扫描技术获取所有光線能到的地方，捕获犯罪现场或者事故现场详细信息，可以在任何时候还原成三维情景。模型可以在计算机中模拟灾难事故的现场，便于分析、推理案情。

事实上，三维激光扫描仪的应用还远远不止本文所罗列的这些，水土保持，概念汽车设计，森林计测……以及各种你想象不到的领域。因此，有业内人士曾指出，三维激光扫描技术的应用，只局限于你的想象!

资料链接：

如何选择三维激光扫描仪

目前市场上生产基于相位式三维激光扫描仪的厂家有美国的Faro、德国的z&F，德国的Callidus；生产基于脉冲式三维激光扫描仪的厂家有奥地利的Reigl，瑞士的Leica，加拿大的Optech等。面对市场上如此多款的三维激光扫描仪，用户如何选择呢?

工作效率是选择三维激光扫描仪的重要因素，影响扫描仪工作效率主要因素有：

1.便携性：直接影响设备的携带、工程施工速度及人员投入；

2.扫描速度：直接影响单测站扫描时间；

3.扫描视窗：直接室内及全景扫描的站点数，节省扫描时间；

4.设备架设：三维激光工程大部分时间浪费在架站过程中，架设简便性直接影响外业时间；

5.设备操作：设备操作简单与否对效率的影响等同速度因素；

6.扫描范围：最短距离分辨率、最长距离分辨率。

三维激光扫描仪在地质矿产的应用第4篇

三维激光扫描技术是科技界的一次新的革命, 是在GPS定位技术之后的又一次重要的科技进步[1]。三维激光扫描技术又叫做实景复制技术, 顾名思义, 其对实景的捕捉功能是很强大的。三维激光扫描技术, 是对传统的单点测量的一次重大突破, 在对实景进行测量的时候, 具有明显的高效率性和高精度性[2]。三维激光扫描技术可以获得高分辨率的数字地形模型, 因此在矿业发展中有很重要的地位[3]。三维激光扫描技术有很多的优点, 比如其快速的测量, 不接触性, 强的穿透性等, 而且能够实现对扫描物体的实时动态监测, 其效果好, 效率高, 全自动化等优点, 使得其应用的范围更加广泛。

2 三维激光扫描仪在地质矿产的应用

2.1 三维激光扫描仪的工作原理

三维激光扫描仪的主要组成部分包括扫描仪、控制器以及电力供应三个部分[4]。其中, 扫描仪的组成主要有激光测距系统以及激光扫描系统, 同时含有仪器的内部控制系统和校正系统。在仪器的内部, 由2个同步反射镜的高速和有规律的转动, 来改变激光脉冲发射体所发出的窄速激光脉冲的方向, 依次扫描被测位置, 由时间长短来计算路程的远近。由扫描控制部分来控制和测量每个脉冲激光的角度, 计算三维坐标。其工作原理图如图1所示。对于激光扫描的观察数据, 主要是水平方向的夹角α和天顶距值θ, 由脉冲激光的传播时间计算, 根据路程公式计算从检测到物体的距离S, 以及扫描位置的反射强度I。一般的坐标划分为横向扫描面内的X轴, 与X轴垂直的Y轴和Z轴 (图2) 。由公式1计算得到激光点的三维坐标。

公式1:Xs=Scosθsinα

2.2 三维激光扫描仪在地质矿产的应用

三维激光扫描仪在地质和矿业方面的应用非常广泛。在地质方面的应用, 包括对地质填图的编录, 在探矿工程方面的地质编录, 以及一些样本的采样编录。通过三维激光扫描仪的使用, 能够对矿区的地形、地貌等进行扫描计算以及绘制, 建立相关的数据库。通过对地形地貌的测量绘制以及数据库的建立等, 可以使得一些后期的勘探设计, 具体操作安排等都可以通过数据库而得到信息, 减少了大量的外出采集数据的程序, 在室内就可以很好的完成, 由此而极大程度的提高了工作的效率和精确度[5]。

三维激光扫描仪在矿业方面的应用也是非常广泛的。在矿床的勘探方面, 三维激光扫描仪能够用于矿体取样的指导, 矿体矿床的质量评定, 对矿体结构进行勘探预测, 以及数据储备和质量分析等方面的应用研究。三维激光扫描技术在矿山方面的应用也很多, 对于矿山的数据处理, 能够采用三维激光扫描技术进行矿山的数据采集, 绘制云图, 然后经过数字化的矿山软件实现高效经济的矿业工作。三维激光扫描技术能够对巷道进行精确的三维测量, 对于其修复变形监测等都具有实际的指导作用[6]。三维激光扫描技术能够完成采矿设计, 空区的充填以及安全方面的工作预测, 对多个方面都有科学的指导意义。对于一些沉陷等事故, 三维激光扫描技术能够快速准确的检测到, 对安全生产提供强有力的保障。

3 结论

三维激光扫描仪在地质矿产方面的应用非常广泛, 其发挥的作用也是其它技术所不可比拟的。对于三维激光扫描技术的研究, 在未来的地质矿产方面的应用, 有深远的意义。如何更好的进行地质勘探和矿产探测, 一种好的方法是很重要的, 其对于地形地质的研究提供有价值的参考, 对于矿产的鉴别等, 都有很重要的意义。相信在科学技术不断的发展的道路上, 三维扫描技术将会发挥自己更大的作用, 其对于地质矿产的应用研究, 将会有新的突破。

参考文献

[1]毛方儒, 王磊.三维激光扫描测量技术[J].宇航计测技术, 2005, 25 (2) :1-6.

[2]张国辉等.基于三维激光扫描仪的地形变化监测[J].仪器仪表学报, 2006, 6 (27) .

[3]徐进军, 张民伟.地面3维激光扫描仪:现状与发展[J].测绘通报, 2007 (1) :47-50.

[4]宋宏.地面三维激光扫描测量技术及其应用分析[J].测绘技术装备, 2008, 2 (10) .

[5]马立广.地面三维激光扫描仪的分类与应用[J].地理空间信息, 2005, 3 (3) :60-62.

扫描、透射电镜在材料科学中的应用第5篇

摘要：在科学技术快速发展的今天，人们不断需要从更高的微观层次观察、认识周围的物质世界，电子显微镜的发明解决了这个问题。电子显微镜可分为扫描电了显微镜简称扫描电镜(SEM)和透射电子显微镜简称透射电镜(TEM)两大类。本文主要介绍扫描、透射电镜工作原理、结构特点及其发展，阐述了其在材料科学领域中的应用。

1扫描电镜的工作原理

从电子枪阴极发出的直径20mm～30mm的电子束，受到阴阳极之间加速电压的作用，射向镜筒，经过聚光镜及物镜的会聚作用，缩小成直径约几毫微米的电子探针。在物镜上部的扫描线圈的作用下，电子探针在样品表面作光栅状扫描并且激发出多种电子信号。这些电子信号被相应的检测器检测，经过放大、转换，变成电压信号，最后被送到显像管的栅极上并且调制显像管的亮度。显像管中的电子束在荧光屏上也作光栅状扫描，并且这种扫描运动与样品表面的电子束的扫描运动严格同步，这样即获得衬度与所接收信号强度相对应的扫描电子像，这种图象反映了样品表面的形貌特征。

2扫描电镜的构成主要包括以下几个部分：

1.电子枪——产生和加速电子。由灯丝系统和加速管两部分组成2.照明系统——聚集电子使之成为有一定强度的电子束。由两级聚光镜组合而成。

3.样品室——样品台，交换，倾斜和移动样品的装置。

4.成像系统——像的形成和放大。由物镜、中间镜和投影镜组成的三级放大系统。调节物镜电流可改变样品成像的离焦量。调节中间镜电流可以改变整个系统的放大倍数。

5.观察室——观察像的空间，由荧光屏组成。

6.照相室——记录像的地方。

7.除了上述的电子光学部分外，还有电气系统和真空系统。提供电镜的各种电压、电流及完成控制功能。

3扫描电镜在材料科学中的应用

3.1.材料的组织形貌观察

材料剖面的特征、零件内部的结构及损伤的形貌，都可以借助扫描电镜来判断和分析反射式的光学显微镜直接观察大块试样很方便，但其分辨率、放大倍数和景深都比较低而扫描电子显微镜的样品制备简单，可以实现试样从低倍到高倍的定位分析，在样品室中的试样不仅可以沿三维空间移动，还能够根据观察需要进行空间转动，以利于使用者对感兴趣的部位进行连续、系统的观察分析；扫描电子显微图像因真实、清晰，并富有立体感，在金属断口和显微组织三维形态的观察研究方面获得了广泛地应用。

3.2.镀层表面形貌分析和深度检测

有时为利于机械加工，在工序之间也进行镀膜处理由于镀膜的表面形貌和深度对使用性能具有重要影响，所以常常被作为研究的技术指标镀膜的深度很薄，由于光学显微镜放大倍数的局限性，使用金相方法检测镀膜的深度和镀层与母材的结合情况比较困难，而扫描电镜却可以很容易完成使用扫描电镜观察分析镀层表面形貌是方便、易行的最有效的方法，样品无需制备，只需直接放入样品室内

即可放大观察。

3.3.显微组织及超微尺寸材料的研究

钢铁材料中诸如回火托氏体、下贝氏体等显微组织非常细密，用光学显微镜难以观察组织的细节和特征在进行材料、工艺试验时，如果出现这类组织，可以将制备好的金相试样深腐蚀后，在扫描电镜中鉴别下贝氏体与高碳马氏体组织在光学显微镜下的形态均呈针状，且前者的性能优于后者。但由于光学显微镜的分辨率较低，无法显示其组织细节，故不能区分电子显微镜却可以通过对针状组织细节的观察实现对这种相似组织的鉴别在电子显微镜下（SEM），可清楚地观察到针叶下贝氏体是有铁素体和其内呈方向分布的碳化物组成。

4透射电镜的工作原理

由电子枪发射出来的电子束，在真空通道中沿着镜体光轴穿越聚光镜，通过聚光镜将之会聚成一束尖细、明亮而又均匀的光斑，照射在样品室内的样品上；透过样品后的电子束携带有样品内部的结构信息，样品内致密处透过的电子量少，稀疏处透过的电子量多；经过物镜的会聚调焦和初级放大后，电子束进入下级的中间透镜和第1、第2投影镜进行综合放大成像，最终被放大了的电子影像投射在观察室内的荧光屏板上；荧光屏将电子影像转化为可见光影像以供使用者观察。

5透射电镜的构成电子束照明源和电磁透镜是透射电子显微镜有别于光学显微镜的两个最主要的组分。透射电子显微镜由以下几大部分组成：照明系统，成像光学系统；记录系统；真空系统;电气系统。成像光学系统，又称镜筒，是透射电镜的主体。6透射电镜在材料科学中的应用

6.1 7055铝合金EDS分析

铝合金在加工和热处理过程中，微观组织会发生一系列变化，但是有时候却很难分辨其微观组织的成分，从而很难辨别微观组织与性能之间微妙的关系。此时我们可以借助能谱微区分析。

在时效120℃/24h状态下，利用EDS分析晶粒内部基体上微区成分。在时效120℃/24h状态下，其基体主要化学成分为Al，Zn和Cu元素。在时效120℃/24h状态下，利用EDS分析晶界处微区成分。在时效120℃/24h状态下，其晶界区域主要化学成分为Al，Zn和Cu元素。但是由对比可发现，Cu和Zn的含量在晶界处比基体高一些，从而推断出晶界处的析出相中所含Cu和Zn元素比基体上高一些。

7055铝合金是典型的热处理可强化高强铝合金，它有很高的强度和优良的力学性能。热处理过程中，在470℃/1h固溶时晶界变细，基体形成过饱和固溶体； 120℃/1h时效时基体内有球状的GP区形成；时效120℃/24h，基体内部分GP区逐渐转变为棒状η′相。

小结

在材料学领域迅速发展的今天，电子显微镜为其研究插上了飞速发展的翅膀。在电子显微镜发展的同时，一些提高电镜的分析手段和分辨率的设备也得到了更进一步的发展，如像散器，高角度环形暗场技术，球差校正等。虽然现在电子显微镜已经发展到了一定的高度，但是仍需要在动态技术、低真空、高电压、高分辨率以及原位场技术方向发展。所以这给在电子显微学领域研究的科学家提出了更大的挑战，这些技术的成熟发展也需要很长一段路要走。

参考文献

扫描仪的应用技巧第6篇

R47关键词：心理护理；CT增强扫描；不良反应

【中图分类号】R532.21 【文献标识码】A 【文章编号】1672-8602（2015）06-0477-01

CT是一种现代化检查方法，具备多方面的优势，比如诊断快速、准确性高等，同时还能够在很大程度上减轻患者的痛苦，因此被临床广泛采纳及应用。为了使正常组织和病变组织之间的对比度得到有效提高，从而在清楚病灶范围及结构的基础上使诊断准确性更高，临床便应用了CT增强扫描[1]。但是，CT增强扫描对于一些患者还可能会引发不良反应，因此在行CT增强扫描过程中，做好相应的护理措施便显得极为重要。本组抽取了120例行CT增强扫描的患者作为研究对象，其目的是探究心理护理在CT增强扫描患者中的临床应用效果，现报告如下：

1.资料与方法

1.1一般资料

本组研究120例行CT增强扫描的患者中，男72例、女48例；年龄22～67岁，平均年龄（42.6±2.1）岁；腹部检查48例、胸部检查36例、头部检查22例、颈部检查14例。随机分为观察组与对照组，各60例；两组组患者在性别、年龄及检查部位等方面无明显差异（P>0.05），具有可比性。

1.2方法

将64排螺旋CT作为CT机，由荷兰飞利浦电子公司生产，并配套相关仪器，包括CT高压注射器、碘海醇注射器及100毫升注射器等[2]。对照组患者给予常规护理方法，根据CT增强扫描术进行，扫描前需禁食4小时，同时做好患者病史及过敏史等方面的询问工作，对患者临床症状进行严密监测，待扫描之后，需指导患者多饮水，以此使碘的排泄更加便利；若有患者发生严重不良反应，需及时告知医师，并采取及时有效的抢救治疗措施。观察组患者在常规护理的基础上实施心理护理干预措施，具体内容如下：

（1）扫描前心理护理。在行CT增强扫描之前，需做好患者脉搏、尿量及血压等方面的监测工作，并对患者具体病情进行了解，了解患者是否存在心肺功能障碍及肝肾损害等。护理人员需疏导患者及家属的不良情绪，向患者及家属讲解行CT增强扫描的积极意义，指导患者在扫描过程中进行屏气，以此起到配合扫描的作用。主动回答患者的疑问，在增强护患关系的基础上，使患者能够接受CT增强扫描。

（2）扫描中心理护理。指导患者行正确卧位，在注射对比剂之前，需对患者的心理状况进行严密观察，对于存在焦虑、抑郁及恐惧的患者，需做好心理疏导工作，教会患者放松心态，静下心来张口呼吸。护理人员需注意自身口语的亲切及和蔼，以此避免触动患者不良情绪的发生[3]。对于患者心里的疑问，需积极回答，以此使患者的心理压力减轻。在注射对比剂时，操作需熟练，并对患者进行细心观察，看是否有不良反应发生。另外，在进行静脉穿刺之前，如果患者害怕打针，需鼓励患者坚强、勇敢，在穿刺过程中动作需轻柔及准确，以此使穿刺成功率能够得到有效提高。

（3）扫描后心理护理。在完成注射之后，需做好和患者的交流工作，若对患者注射对比剂后发生呕吐、恶心及心慌等过敏反应，需采取及时有效的处理措施。扫描后，需表扬患者，以此使患者克服对CT增强扫描的恐惧感等。扫描后，需指導患者注意休息，通常在候诊室需休息15分钟到20分钟左右，若期间无不适应症，便可出院[4]。若患者有不适应症，需采取对应的措施，以此使不适应症得到有效解除。另外，需指导患者多合适，以此使药物排泄得到有效增强，并减轻毒副作用。

1.3判定标准

临床判定指标包括：（1）不良反应及伪影发生情况，其中不良反应包括头痛、呕吐、恶心及心慌等；伪影是指由于移动造成图像有伪影现象出现[5]。（2）参照高春荣[6]等作出的标准，采取问卷调查法，设百分制，将患者对护理的满意度分为四个等级，即为：①非常满意：≥90分；②满意：76～89分；③一般满意：60～75分；④不满意：<60分。总满意度=（非常满意+满意+一般满意）例数/n×100%。

1.4统计学分析

两组患者的统计数据均使用SPSS16.0统计学软件进行分析，计量资料使用均数±标准差（X±s）表示，计数资料使用频数和率（%）表示。计数资料使用x2检验，计量资料和组间比使用t检验，以P<0.05为差异有统计学意义。

2.结果

2.1两组患者不良反应及伪影发生情况比较

观察组出现2例不良反应、发生率为3.33%，1例伪影、发生率为1.67%；对照组出现12例不良反应、发生率为20.00%，8例伪影、发生率为13.33%。观察组不良反应发生率及伪影发生率均低于对照组，两组数据差异显著（P<0.05），有统计学意义。

2.2两组患者对护理的满意度情况比较

观察组患者对护理的总满意度（96.67%）明显高于对照组（68.33%），两组数据差异明显（P<0.05），有统计学意义。详情见表1：

3.讨论

CT增强扫描具备多方面的优势，比如使病灶与周围正常组织之间的对比度得到有效提高，进一步能够更加明确病灶范围及结构，最终起到提升诊断准确率的目的[7]。但是，由于接受CT增强扫描的患者通常伴有焦虑、担心及恐惧等不良心理状态，并且在诊断过程中还可能会发生一些过敏反应，比如头痛、呕吐、心慌及全身发热等。显然，受这些因素的影响，会导致诊断准确率在一定程度上降低。为了提高诊断准确率，在实施CT增强扫描前后采取有针对性的护理干预措施便显得极为重要。本组研究重点提到了心理护理方法，包括了扫描前心理护理、扫描中心理护理及扫描后心理护理，能够让患者了解到行CT增强扫描的好处，同时消除患者焦虑、紧张及恐惧等不良心理，使患者能够积极配合扫描，进一步保证了扫描的准确性。蔡淑娴[8]等抽取了180例行CT增强扫描的患者作为研究对象，观察组90例实施心理护理方法，对照组90例实施常规护理方法，结果发现观察组不良反应及伪影发生率明显低于对照组，另外观察组患者对护理的满意度明显高于对照组；这与本组研究结果基本保持一致。

本组研究抽取了120例行CT增强扫描的患者作为研究对象，对照组患者给予常规护理方法，观察组患者在常规护理的基础上实施心理护理干预措施；结果表明：（1）观察组不良反应发生率及伪影发生率均低于对照组，两组数据差异显著（P<0.05），有统计学意义。（2）观察组患者对护理的总满意度（96.67%）明显高于对照组（68.33%），两组数据差异明显（P<0.05），有统计学意义。

综上所述：对于行CT增强扫描的患者，实施心理护理干预措施效果显著，能够明确患者心理情况，降低不良反应及伪影的发生率，进一步为诊断准确性的提高起到保障作用；因此，值得在临床中推广及应用。

参考文献

[1] 赵艳梅.浅谈CT增强扫描患者的心理及心理护理[J].吉林医学，2013，02（31）：6633-6634.

[2] 付航.张向怡.欧慧.陈晓娟.张胜.刘铸.探析对CT增强扫描患者的护理[J].生物技术世界，2013，07（12）：80-83.

[3] 向世兰.高万春.石虹.宋玉莲.护理干预对CT增强扫描患者对比剂不良反应的影响[J].现代医药卫生，2014，02（16）：2510-2511.

[4] 丁洁鸿.CT增强扫描检查患者的护理效果观察[J].中国保健营养，2012，06（18）：3627.

[5] 赵利英.CT增强扫描患者的心理护理[J].基层医学论坛，2013，09（15）：1963-1964.

[6] 高春荣.CT增强扫描患者诊疗中心理干预的护理观察[J].中国医药指南，2011，08（15）：330-331.

[7] 马涛.马燕.浅谈对腹部CT增强扫描患者的心理护理[J].新疆医学，2011，02（12）：118-119.

浅谈三维激光扫描仪在测量中的应用第7篇

在测量逐步数字化的今天, 三维已经逐渐的代替二维, 因为其直观性是二维无法表示的。三维激光扫描仪就是近年来迅速发展起来的先进测量仪器, 由于激光具有单色性、方向性、相干性和高亮度等特性, 将其引入测量装置中, 在精度、速度、易操作性等方面均表现出巨大的优势, 它的出现是测绘领域继GPS技术之后的又一次突破性技术革命。它突破了传统的单点测量方法, 能够提供扫描物体表面的三维点云数据, 通过对观测对象进行多角度的立体扫描、得到被测对象的位置及高度等信息, 然后对这些信息进行处理、建模, 拼接成图, 即可获取高精度高分辨率的数字模型。三维激光扫描仪每次测量的数据不仅仅包含X, Y, Z点的信息, 还包括R, G, B颜色信息, 同时还有物体反色率的信息, 这样全面的信息能给人一种物体在电脑里真实再现的感觉, 是一般测量手段无法做到的。

1 三维激光扫描仪分类

三维激光扫描仪种类很多, 按照扫描平台的不同可以分为:机载 (或星载) 激光扫描系统、地面型激光扫描系统、便携式激光扫描系统。按照有效扫描距离可分为:

(1) 短距离激光扫描仪:其最长扫描距离不超过3m, 一般最佳扫描距离为0.6~1.2m, 通常这类扫描仪, 不仅扫描速度快且精度较高, 适合用于小型模具的量测。

(2) 中距离激光扫描仪:最长扫描距离小于30m的三维激光扫描仪属于中距离三维激光扫描仪, 其多用于大型模具或室内空间的测量。

(3) 长距离激光扫描仪:扫描距离大于30m的三维激光扫描仪属于长距离三维激光扫描仪, 其主要应用于建筑物、矿山、大坝、大型土木工程等的测量。例如, 奥地利Riegl公司出品的LMS Z420i三维激光扫描仪和加拿大Cyra技术有限责任公司出品的Cyrax2500激光扫描仪等, 属于这类扫描仪。

(4) 航空激光扫描仪:最长扫描距离通常大于1公里, 并且需要配备精确的导航定位系统, 其可用于大范围地形的扫描测量。

要保证扫描数据的精度, 就必须根据项目的需要, 在相应类型扫描仪所规定的标准范围内使用。

2 三维激光扫描仪外业数据采集

要进行外业数据的采集, 首先要选择合适的位置设置测站。选取视野开阔, 行人车辆较少的地方, 架好三脚架, 将三维激光扫描仪固定在三角架上, 再选择合适的位置 (或者已知点) 摆放球状标靶, 并依次对其进行编号, 以便于后期点云数据的编辑操作。

首先要开机预热约5分钟左右, 然后在仪器设置中输入工程名称, 量取仪器高, 并将仪器高及标靶的坐标、高程等数据输入仪器, 选择扫描方式, 可以进行全景扫描, 也可以指定角度范围进行扫描。设置好后保存, 完成设站。设站完成后, 就可以进行扫描数据采集了, 直到设置范围内景物扫描完毕。

一般情况下由于扫描物范围过大, 或者被扫描物体的形状较复杂, 一次设站往往不能完成物体的扫描, 这就需要多次迁站, 重复上述过程, 以完成整个物体的扫描。为了拼接建模的需要, 各测站中, 要保持三个以上公共点。

3 扫描数据的内业处理

3.1 扫描数据的预处理

野外数据采集完成后, 回到室内, 将点云数据传入电脑, 应用相应专业软件对扫描数据进行预处理。

由于外业环境较为复杂, 在数据采集过程中避免不了人员及车辆的通过。人员及车辆的数据信息就会被采集到仪器中, 数据量大大增加, 对于三维建模没有用处, 且会影响程序的运行速度, 需要将其剔除, 这就是点云数据的去噪声。

点云数据采集的是海量数据, 数据量过大会影响程序的运行速度, 因此在不影响曲面模型重构和保持一定精度的前提下需要对采集的数据进行适当删除精简。常用的精简方法有:平均精简即原点云中每n个点保留1个;按距离精简即删除一些点后使保留的点云中点与点间的距离均大于某值。

3.2 三维建模

对空间信息进行可视化表达, 即进行三维建模, 通常有两类方法:基于图像的方法和基于几何的方法。基于图像的方法是通过照片或图片来建立模型, 其数据来源是数码相机。而基于几何的方法是利用三维激光扫描仪获取深度数据来建立三维模型, 这种方法含有被测场景比较精确的几何信息。

扫描时往往在一站不能测出所有数据, 而需要从不同位置、多视角进行多次扫描, 即多次设站。各测站采集的点云就需要对齐、拼接。点云对齐、拼接可以通过在物体表面布设同名控制点 (各测站间的重合标靶) 来实现。

为了真实地还原扫描物体, 需要将扫描数据用准确的曲面表示出来, 这个过程叫曲面重构。常见曲面有以下几类:三角形网格、细分曲面、明确的函数表示、暗含的函数表示、参数曲面、张量积B样条曲面、NURBS曲面、曲化的面片等。

曲面重构完成后, 下一步就可以进行扫描物体的三维建模, 还原扫描物体的本来面目, 点云数据处理步骤基本完成。

4 注意事项

进行三维激光扫描测站的选择, 应注意该选在视野相对开阔的地方, 四周遮挡物较少, 这样扫描范围广, 减少测站的设置, 提高工作效率, 加快工作进程。

其次测站的选择离观测对象不宜过近, 以免仰角太大, 影响成像的效果。

在扫描过程中, 人员尽量减少在仪器前的走动, 以免影响扫描结果, 增加数据的采集。

各测站间一定要有3个以上重合点, 且要有相应的编号, 便于数据的拼接建模。

5 三维激光扫描仪发展前景

三维激光扫描的主要特点是实时性、主动性、适应性好。三维激光扫描数据经过简单的处理就可以直接使用, 无需复杂的费时费力的数据后处理;且无需和被测物体接触, 可以在很多复杂环境下应用;并且可以和GPS等集合起来实现更强、更多的应用。三维激光扫描技术作为目前发展迅猛的新技术在文物古迹保护、建筑、规划、土木工程、工厂改造、室内设计、建筑监测、交通事故处理、法律证据收集、灾害评估、船舶设计、数字城市、军事分析等领域已有了广泛的应用, 相信随着科技的进一步发展三维激光扫描技术将会在越来越多的领域得到充分的应用。

参考文献

[1]花向红, 马立广.地面三维激光扫描测量技术研究[D].武汉:武汉大学, 2005.

[2]张会霞, 朱文博.三维激光扫描数据处理理论及应用[M].电子工业出版社, 2012, 12, 01.

扫描仪的应用技巧第8篇

现代科学技术的发展使工程测量技术、光电技术、设备制造产生了革命性的发展, 测绘技术、微电技术、计算机技术、通讯技术的结合使得测绘向着智能化、集成化、集约化的方向发展。随着三维激光扫描技术的飞速发展, 其不需要棱镜就可以获取高密度的点云数据成为了快速获取空间三维数据的一个亮点。

目前, 扫描的方式有相位式和脉冲式, 大多数激光扫描仪所采用的工作方式是脉冲激光测量方法, 采用的是无接触式高速激光测量, 以点云形式获取扫描物体表面阵列式几何图形的三维数据。仪器主要是由一台高速精确的激光测距仪, 配一组可以引导激光并以均匀角速度扫描的反射棱镜。激光测距仪由其内部的激光脉冲二极管发射激光脉冲, 经过旋转棱镜, 射向被测物体, 通过探测器, 接收并记录由自然物表面反射回来的激光脉冲, 从而进行测距。对每一个扫描点而言, 可以测得测站至扫描点的斜距, 再配合扫描的水平和垂直方向角, 可以得到每一个扫描点与测站的空间相对坐标。若测站的空间坐标已知、或者存在已有的若干个控制点, 根据已知点的数据信息就可以求得每个扫描点真实的三维坐标。

随着莱卡C10三维激光扫描仪的面世, 其卓越的性能使得地面扫描这一领域的测量有了更大的发展空间, 其体积小、精度高、扫描速度快、电池持续时间长等特点, 使得这一领域的测量有了突破性的进展。莱卡C10的技术参数见表1。

其双轴补偿可充分保障仪器对中整平的精度, 保证了测量准确性;触摸屏控制面板, 不需要连接外部PC或PPC就可以完成数据采集;另外, 支持GPS和棱镜的标准连接接口, 可完全按照全站仪的方式进行工作;提供激光下对点并可在已知点设站。

2 用全站仪或者GPS测量大比例尺地形图的特点

2.1 此类地形图的优点

以往在油气田地面建设中, 其站场建设或改造时均使用全站仪或者GPS来测量大比例尺的地形图, 此类地形图有以下几个优点:

2.1.1 周期短

一幅大比例尺的地形图如1∶2001∶500, 面积在150m200m左右的站址或者现状, 一天或两天时间就能完成其测量。

2.1.2 成本低

测量上述的一块站址或者现状地形图, 一台全站仪配2名作业人员, 勘测成本1000元左右。

2.2 对于一常规的测量存在的不足

但是对油气田场站及大坝来说, 往往牵涉对旧站场管网改造和大型设备、罐体的监测, 对于一常规的测量也存在不足。

2.2.1 作业受到限制

由于全站仪测量靠棱镜的反射而测点, 其观测易受到视域影响, 好多死角观测不到, 另外在油气田站址里面好些区域油气管网较多不容许带有金属的棱镜使用, 有些高压区域人员也不许靠近, 这些环境里面, 常规测量手段就受到限制。

2.2.2 成果单一, 数据量小

现在测量的CAD版图纸, 其只能用于平面图纸的使用, 像一些立体的管网设计, 根本满足不了。在油气站里面, 常常分布好多管网, 其纵横交错, 参差不齐。其中直径小于20cm的管子, 其宽度不能在图纸上反映出来, 这给设计作业带来很大的制约, 如图1所示。

2.2.3 成果不便于后期的拓展和管理

在数字化要求的大环境下, 图纸的后期制作不仅要满足当前设计的需要还要为后期的管理留下对接的端口, 如GIS。数字化背景前提下, 就为GIS采集、管理提供了可能。

3 莱卡C10三维扫描仪

随着莱卡C10三维扫描仪的引进, 在油气田站场内部的改造中, 就改造的管网密集区域进行了局部扫描, 对于大量的点云数据, 根据需要做了相应的处理, 以便设计部门进行设计作业和后期的管网数据管理。图2是局部扫描点云的处理图。

由于图形效果直观, 数据量大, 这给管网改造的设计提供了翔实、可视的平台, 使之设计考虑得更加合理, 避免了常规图纸错绘、漏绘的情况, 可以利用扫描的图纸结合地理信息方面软件, 直接建库, 给后续管理、后期设计改造提供一个客观、真实的平台。

4 总结

随着三维扫描仪的日益成熟和后期软件的跟进, 常规测量的理念和手段收到了挑战, 许多领域要求以新技术、新手段来完成全新的数据和图纸, 使得三维激光扫描这一领域有很大的发展和提高空间, 许多技术和经验仍然需要我们学习和探讨。

参考文献

[1]郑德华, 雷伟刚.地面三维激光影像扫描测量技术[J].铁路航测, 2003 (2) .

[2]刘春, 杨伟.三维激光扫描对构筑物的采集和空间建模[J].工程勘察, 2006 (4) :49-53.

[3]郑德华, 沈云中, 刘春.三维激光扫描仪及其测量误差影响因素分析[J].测绘工程, 2005 (6) :33-34.

[4]程光亮, 张福利, 王宝山.三维激光扫描技术在工程应用中的精度探讨[J].测绘与空间地理信息, 2007 (8) :5-9.

扫描仪的应用技巧第9篇

3D激光扫描仪主要是在不运用反射棱镜的情况下, 通过自身所有扫描棱镜进行快速的扫描测距, 并能够使获得的数据达到较高精度, 其获取信息的过程能够在最短的时间内完成[1]。主要优势为:一是仅为其提供一个检测点, 该仪器即可在不接触检测物体的情况下, 通过快速扫描取得被测物体的所需信息, 并能够使获取的信息具备相当高的精度及密度, 再通过特定的辅助软件即可获取该图形的空间信息;二是该仪器在进行测量的过程中, 在无光源情况下, 即黑暗条件下, 亦可对被测物体展开测量, 若有光源的条件下, 还能够同时取得被测物体的色彩值, 获得其三维影像, 更加便于虚拟实境的建立。本文主要通过对LMS—X4203D激光扫描仪进行其结构和原理的分析。

1.1结构解析为提高3D激光扫描仪的扫描速度, 特在LMS—X4203D激光扫描仪中装入了为其特别设计的探测器;其线扫描主要是运用多面体来进行反射。在运行的过程中, 通过控制多棱镜速度, 使其在进行扫描时亦能够以不同速度进行, 同时也可通过不同的角度来对物体进行扫描;按照光学中360度旋转原理, 可对水平面展开全方位的扫面;在获得长度、角度等信息后, 平行数据输出接口将通过与电脑连接, 对其进行处理, 获得所需数据。

1.2工作原理LMS—X4203D激光扫描仪主要是通过在一定距离条件下, 运用激光技术获取LIDAR光传输时间来进行测量。简而言之, 首先将激光脉冲二极管中发射出的信号通过棱镜, 再经由棱镜调整到达目标物, 其后反射回来的信息将经由探测器获取信息, 并将其记录下来。 (图1)

2 3D数据处理的步骤及方法

经过激光扫描取得的数据主要是被测物体表面分布较为紧密的三维点云, 若在进行测量时, 被测物由于各种情况, 致使扫面不能够一次性全部观测, 这就需要通过此次检测来获得所需数据, 后再将多次测量获得的点云进行整合来获得信息[2]。在实际操作中, 大部分的测量均需通过模型化处理来整理点云数据, 并以此来取得所测物体的信息。

2.1点云联结

通过不同站点获得的点云有着各自的坐标系统, 因此, 点云联结就是将所获得的点云数据转换到同一坐标上来, 抑或者通过对其参考坐标进行相对的转换[3]。就当前而言点云联结主要为测站后视棱镜法、曲面匹配法、磁性觇标控制点法和共轭面转换法四种方法。

2.2.1共轭面转换法操作者通过人为与机器互动的操作, 将所重叠的点云集中到平面上来, 其后再找出3个或以上共轭面, 注意该面均在不平行面上, 再通过将共轭面上的坐标进行转换。该方法在观测的过程中, 不需要通过其他任何步标或测量来开展, 但在共同的观测范围内必须具备3个或以上共轭面, 再进行转换。

2.2.2磁性觇标控制点法通过在测站重叠的范围内, 并放置觇标来作为测量的控制点, 就可以通过觇标的特性进行反射并自动找到控制点。在获得三个或以上数量的控制点后, 就可通过转换得到相连测站的数据。

2.2.3测站后视棱镜法当激光扫描仪在经由棱镜时, 会出现较强的反射情况, 但还属于辨识范围内, 为此需要建立起三维关系, 将测站与棱镜两者连接起来。简而言之, 在获得棱镜与测站的坐标数据时, 通过将测量到的点云数据与地面坐标进行相互转换。在定位测量时, 通常情况运用全站仪来进行, 也会运用全球定位系统来进行测量。

2.2.4曲面匹配法在观测表现起伏的物体时, 可将重叠的点云数据, 经过曲面匹配的方式取得信息。但由于目前的曲面匹配理论还没有能够完全实现自动化, 因此, 需要通人工对其进行近似匹配操作, 才能使结果达到最理想的效果。

2.2 特征线的提取

获取离散点挖掘过程中线性信息的方法非常多, 线性回归、HOUGH交换等均属于方法之一。在对建筑物进行信息挖掘时, 主要方法为:

2.2.1对扫描仪测量的建筑物的数据进行计算 (图2) , 扫描线能够与建筑物处在同一层面并形成了ΔOPiPj, 该三角形的变长分别为Di、Dj, 其已知夹角为B。图中所有形成的三角形均可通过计算得到其垂直距离, 其简称为伪距。

在较为理想的情况下, 若处在同一断面上, 那么其伪距多数是相等的, 并能够显示出扫描仪到建筑物这两者之间的距离, 但在实际操作过程中, 不可避免地存在一些差距, 这就需要操作人员进行人为的判断, 再通过计算获得垂足点。

2.2.2纠正激光测量断面, 使整体结果更加匹配。首先将获得的全部垂足点按照相应顺序进行连接, 再运用曲线拟合的方法计算出曲线上的曲线点, 其后通过探测曲线点, 获得被测物体的形体特点, 最后将特征点进行整合, 通过直线拟合及形体信息挖掘, 获得建筑物二维平面特征所需的点线。

2.2.3通过重复以上步骤, 将获取的所有数据信息进行分析处理。

2.2.4在进行第二次重复计算时, 主要针对存在疑问点进行处理, 并取得最后的特征点。其后再通过将各特征点进行原始观测值的划分, 并根据拟合得出的结果对原始观测点中的距离值进行完善。

2.3三维数据的获取

在获得最终纠正信息后, 再对原始数据进行重新采样, 就可获取观测物的三维坐标。主要计算方法为:已知值为激光扫描仪与观测物之间的垂直距离, 在获得已知值后按照二维平面信息, 通过对原始数据重新进行整理计算。相较于坐标概算重采样主要注重建筑物整体特征, 同时对测量数据也更加注重整体匹配和纠正, 达到改善误差的效果[4]。

2.4点云模型化

通过以上计算方法, 最终能够获得三维重采样点, 并将数据直接运用到三维建模中来。地形表面建模主要为基于点的建模方法、基于三角形的建模方法、基于格网的建模方法和将其中任意两种结合起来的混合建模方法四大方法。

3结语

总而言之, 由于三维激光扫描仪在地形测量中的作用重大, 因此掌握其工作原理, 能够有效帮助快速掌握其操作方法, 其后再结合数据处理方法, 能使其在地形测量中更加快捷高效地测绘图形。

摘要：随着科技的飞速发展, 地形测量在工程建设中的作用也愈来愈大。而三维扫描仪高效、快捷的特点在地形测量中得到了广泛的应用。正是由于地形测量工作的重要性, 也说明能否运用好三维扫描仪, 将成为决定地形测量工作效果的关键因素。本文主要针对三维扫描仪的工作原理及数据处理方法、步骤进行了全面性的探讨。

关键词：3D激光扫描仪,地形测量,原理,方法

参考文献

[1]原玉磊.三维激光扫描应用技术研究[D].解放军信息工程大学, 2009.

[2]顾斌, 董杰, 董妍.探讨三维激光扫描技术的应用[J].科技风, 2010, (03) .

[3]赵晓明, 洪波.三维激光扫描仪应用技术研究[J].价值工程, 2010, (09) .

扫描仪的应用技巧第10篇

数字电影诞生于80年代, 最早应用于1984年摄制的影片《星球战士》, 该片的摄制中利用计算机图像代替了所有宇宙飞船微型模型的实拍镜头, 其数字后期制作都是由开发数字胶片设备公司所完成。

电影应用设备出现于20世纪90年代早期, 以柯达的Cineon和宽泰的Domino为标志, 它们都是由胶片扫描仪、图像工作站和胶片记录仪组成的集成系统。从事视觉效果的专业人员很快掌握并运用了这项技术, 因为它能把人的幻想成为现实。虽然柯达公司在1997年放弃了Cineon生产线, 但该技术至今仍然是电影行业中众多数字图像处理系统的基础, 尤其是Cineon文件格式和其背后的概念仍用于数字中间片 (DI) 制作。

在制作DI时, 胶片扫描仪和记录仪的分辨率、动态范围和色彩处理等, 对DI质量有着很大的影响, 另外它们的色彩特性和文件格式的应用, 对DI的制作质量同样是很重要的因素。

2 胶片扫描仪和记录仪的色彩特性

2.1 光谱响应

图1显示了国际标准化组织 (ISO) 制定的M状态 (A线) 的光谱响应、美国电影电视工程师协会 (SMPTE) 制定的印片密度 (B虚线) 的光谱响应和摄影底片中染料的光谱密度 (C线) , 蓝光波长在400～500nm, 绿光波长在500～600nm, 红光波长在600～700nm。

扫描仪和记录仪的色调特性, 通常为密度的线性转换。但是, 扫描和记录彩色底片会存在如何传递颜色信息的问题, 彩色底片胶片中3层染料密度既不直接与原始场景的色度相对应, 也不直接与最终正片的色度相对应, 那么底片扫描是如何将底片上的颜色信息转换为数值的?

在传统胶片后期制作过程中, 底片通过光学方式拷贝到正片上, 正片胶片上的层次结构对电磁波光谱具有特定的灵敏度。光学印片“看到”的是印片机光源所照射的底片图像, 正片胶片“看到”的内容取决于R、G和B光谱灵敏度和光源的光谱功率分布。光谱灵敏度和光谱功率分布的产物叫做光谱响应。

2.2 M状态

洗印厂控制彩色底片加工及感光测定, 是通过密度仪的M状态来测量彩色底片的21级光楔密度值, M状态是由ISO制定的光谱响应, 但M状态与电影正片印制过程的典型光谱响应是不匹配的。

2.3 印片密度

如果密度仪的光源从光谱上等同于印片机光源, 并且传感器的R、G和 B光光谱灵敏度等同于正片胶片的光谱灵敏度, 这样的密度仪将能直接测量印片密度, 而这些密度为正片可“看到” 的密度。但在现实中, 没有这样的专用密度仪。

SMPTE发布了一组光谱响应曲线, 其目的是印片密度衡量标准能够准确的指定典型电影彩色底片和中间片材料的印片格码值。但不可能对真实的光谱响应进行完全复制, 因为存在印片机和胶片片种的较大变化。

2.4 胶片扫描仪

根据电影印片过程的光谱响应来设计胶片扫描仪的光谱响应似乎是比较好的想法, 然而, 扫描仪制造商还必须考虑其它因素, 如动态范围、信噪比、扫描速度和成本等。在这些限制之下, 不可能以现有的光源和数字成像传感器制作出所需的光谱响应。

由于每张底片都有一定的形成图像的染料组, 因此可以把扫描仪的真实光谱响应转换成所需要的光谱响应。在这种情况下, 扫描仪需要对每种类型的胶片, 即具有不同染料组的每张底片进行不同的转换。目前柯达和富士公司生产的约20种不同的胶片可以对每台单独的扫描仪进行校正, 这种校正的优点在于它能使光源变化所导致的不同扫描仪差别最小化。

图2显示了扫描仪校正的典型结果, “原始”扫描图像看上去既不像印片密度扫描图像, 也不像M状态扫描图像, 但是该“原始”扫描图像可以通过转换制作出最接近每个目标的匹配图像, 该匹配图像并不完美, 但是SMPTE印片密度也不是光学印片机的真实光谱响应的完全复制品。

在图1中, 观察到印片密度比M状态可“看到”更多的红色密度, 通过印片密度制作的扫描图像的整个样貌比通过M状态光谱响应制作的扫描图像看上去更偏暖色。在实际应用中, 通过增高M状态红色格码值的数据来接近印片密度, 见图2。把扫描摄影底片图像记录到中间片胶片上, 如果将印片密度正确转换, 则由数字中间底片印制的正片将与原底片印制的正片是相同的。

2.5 激光胶片记录仪

激光胶片记录仪需要定期进行校正, 记录仪的色彩校正软件是系统中的一个集成部分, 它确保在数字图像文件中用DPX代码值来表示的灰度级和色彩值, 并在送往记录仪时可以产生胶片上预测的密度。在对系统作校正时, 需将一组灰度级曝光, 在胶片冲洗后用密度仪M状态测量灰度级密度值, 并将其数据输入主机, 于是形成一个查找表格 (LUT) 。此LUT改变了原始系统的曲线, 从而达到所需要的校正状态。通常用10比特对数数据的最大代码值校正目标曲线, R为1.89, G和B为2.046, 这叫做Garlos目标值。也可使用Kodak目标值, R为1.99、G和B为2.16和2.17, 所有数值都是M状态密度。为了接近印片密度, 在实际应用中, 记录仪的红色格码值被降低, 最高密度一般不高于R为1.90、G和B为2.10 (这个RGB密度值是片基以上的密度, 指的是减去片基密度) , 由于洗印厂密度仪不同测量的密度值会有所不同。

3 文件格式

3.1 Cineon文件格式

该文件格式 (柯达公司开发的一种RGB位图文件格式) 由柯达公司在90年代初期引进并用于Cineon系统中的数据交换, Cineon文件中的代码值表示底片密度, 2.046lgD的范围编码成10比特数值, 相当于1024级, 一个像素的R、G和B值打包成32比特, 使Cineon文件比16比特格式小50% (一个R、G、B像素用48比特存储) , 这不仅减小了用于存储的硬盘空间, 也减小了播放所需的带宽。

3.2 DPX文件格式

1994年, SMPTE对DPX (数字电影图像文件格式) 文件格式实施了标准化, 即采用Cineon格式的10比特编码。标准化后的DPX文件包含不同格式的图像数据, 比特深度可为8、10、12或16比特, 数据可以表示胶片密度、PAL、NTSC或HDTV代码值。DPX的格式参考10比特密度编码。10比特编码不限于密度数据, 数字摄像也采用10比特DPX文件包含在视频监视器上查看的数据。

DPX文件有一个描述数据编码格式的标题, 但是由于该文件格式主要用于胶片扫描, 一些应用程序会认为该文件始终包含胶片密度, 而没有正确识别该标题。DPX格式的标题可以容纳数字母版的重要信息, 如片编码和时间码, DPX标题不包含磁带名称, 这是另一个容易混淆的原因。

胶片扫描常用文件格式为Cineon或DPX格式, 通过线性方式对底片片基以上的密度进行编码。DPX文件中的一个代码值表示undefined, 底片的片基密度编码为95, 见表1。为了同样的原因, 翻底约比原底深0.21gD, 将Cineon图像记录到中间片上将产生数字中间底片, 其密度会降低0.19lgD。

由于胶片扫描仪没有使用色彩校正, 扫描图像看起来并不自然, 中间色调的代码值也不一定是470, 因此扫描仪操作员或调色师必须对扫描图像进行检查。另外一些电影摄影师比较喜欢加高一或二档光圈让底片过度曝光, 因此也要检查对数编码样本图像的柱状图, 它显示了样本图像中代码值的相对频率, 该范围的最小代码值和最大代码值相对应的像素数为零, 但一张具有较多0或1023级像素数的DPX图像很可能使扫描仪调校失准。同样, 柱状图中应当没有间隙, 自然的图像始终具有持续的色调变化, 切记以1024级像素的宽度来显示柱状图可以辨识出任何间隙, 而在间隙的柱状图中, 你会发现在较高密度中显示出遗漏的代码值。

在表1中, 每一行之间对应1/3档光圈的曝光增量, 标签栏中的数字及相对应的密度值, 表示了灰雾、最低密度、中间密度和最高密度, 其底片密度和对数代码值之间的关系图3作了进一步说明。

3.3 10比特是否足够?

Cineon和DPX文件在视觉特效效果 (VFX) 和DI制作领域已使用了十多年, 但是行业中仍然有不同的意见:10比特格式的动态范围和模数转换是否足够?

由于平均片基密度被映射到代码值95上, 因此剩余928个片基以上的密度代码值范围, 等同于1.86lgD。摄影底片的特性曲线出现一个滑移或肩部, 超出9档光圈 (1.6lgD) 的曝光, 密度不再是线性增大。然而, 一个非常亮的场景可使底片的密度高于1.86, 在标准的DPX扫描中将会失去那些高光的区域, 这种效果叫做切除。

胶片扫描仪如ARRISCAN可以捕捉到高于2.046lgD的密度信息, 但是标准的10比特编码不会包括该数据, 不过可以通过降低模数转换级数来扩充动态范围。例如, 用undefined的模数转换代替标准值undefined, 动态范围将为undefined。

可以通过使用多比特数 (例如, 12比特或16比特DPX文件) 的图像格式来抵消降低的模数转换, 但是这将使文件增大50%, 也增加了扫描图像额外的硬盘空间和带宽。

例如, 计算机生成的VFX或动画图像通常存储为16比特文件格式, 在这样的应用中, 最好以相同的比特深度保存胶片扫描图像和输出中间片。另外, 大多数色彩校正系统都将10比特数据扩充至16比特或更高的比特数以避免处理过程中出现误差。

3.4 数字文件中的灰度级编码

4种不同的编码方式如下:

(1) 图像编码使用S形转换曲线对阴影和高光区域进行压缩, 代码值与原始场景中的相对亮度不是一一对应的。胶转磁中视觉上进行颜色校正的胶片可能得到类似转换曲线, 这取决于调色师的意图, 通常的文件格式为DPX、TIFF、TARGA和其它格式。

尽管转换并非一对一, 但图像可以作为原始场景的良好再现;

(2) 对数文件中的代码值和原始场景中相对亮度的对数是线性关系, 通过扫描底片的方式创建这样的文件, 通常的文件格式为Cineon和10比特DPX对数文件。

此时图像看上去比较“平”;阴影部分过亮, 白色物体过暗;

(3) 线性文件 (全范围) 中的代码值与原始场景中的相对亮度是线性关系, 可以通过数字摄像机或转换胶片扫描图像的方式来创建文件, 通常的格式为16比特DPX或TIFF, 或者浮点格式, 如Open EXR。

此时图像看上去非常暗, 原因是高光区域可能比白色物体亮好几倍;

(4) 线性文件中的代码值以线性方式与原始场景中的相对亮度相关联, 参考白点以上的值被切除。在大多数情况下, 可以通过转换胶片扫描图像来创建文件, 通常的格式为8比特或12比特DPX、TIFF、TARGA和其它格式。

此时图像的中等亮度看上去比较适宜, 但是高光区域丢失。

3.5 数字文件中的色彩编码

视频文件中的编码色彩由显示图像的显示器三原色决定, 三原色经过了国际组织的标准化。例如ITUˉR BT.079确定了带有一定公差的HDTV显示的色彩。因此, 如果不同的显示器根据标准进行过校正, 那么即使在不同的地方的显示器上所显示的视频图像看上去都是相同的。

对于对数编码的Cineon或DPX文件, 则不可能定义标准的显示图像, 同理, 来自相同底片的多条正片看上去会不同, 因为可能光号不同、洗印厂不同, 或者使用的是另一种胶片, 底片及其数字扫描都不是最终呈现的图像。

4 结束语

电影胶片由于具有优异的图像质量、很高的数据密度、长期的稳定性, 一直被认为是获取图像和长期储存的最好材料。而数字后期制作把作为高质量图像载体的胶片的优点和数字处理所具有的广阔空间结合了起来, 胶片扫描仪、记录仪则在传统影片加工过程和数字后期制作的鸿沟之间搭起了一座桥梁。在数字领域里, 可以很容易地实现调整图像清晰度, 保持色彩平衡等一系列图像处理的措施而不损害图像的质量, 但这些在传统的光学领域里是不可能做到的。

参考文献

[1]Kennel, Glenn. Digital Film Scanning and Recording[J]. SMPTE Journal, 1994 , 103 (3) : 174.

[2]Steurer, Johannes.Digital Restoration of Film-Tasks, Methods Results[C].The 1996 European SMPTE Con-ference on imaging Media, Conference Record, PaperSession, Sept.1996, 19-21, Cologne, German Sectionof the SMPTE.

[3] The Quantel Guide to Digital Intermediate and Discreet’s Whiteoaoer on Digital Intermediate [EB/OL]. http: // www. Quantel. Com

[4]Kodak Digital LAD Test Image.User’s Guide and Dig-ital Recorder Calibration and Aims[EB/OL].http://www.KODAK.Com

[5]SMPTE, Spectral conditions defining printing density inmotion-picture negative and intermediate films.[C].1999, 100-200.

红外线乳腺扫描检查在体检中的应用第11篇

〔关键词〕乳腺扫描;红外线;体检

〔中图分类号〕R194.3〔文献标识码〕A〔文章编号〕1009-6019-(2010)04-17-02

红外线乳腺扫描检查目前在我国体检中心仍在较普遍的使用,随着乳腺钼靶检查及乳腺彩超的普及,红外线乳腺扫描检查在体检中应用前景等问题有待商榷。本文收集了福建医科大学第一医院体检中心近一年乳腺红外线扫描与彩超检查者人数与结果,加以分析探讨。

1临床资料

选取2008年8月-2009年8月在院体检人数,乳腺彩超检查者4699例,红外线乳腺扫描检查者9163例,年龄为20-65岁。

2结果

在我院体检中心选择红外线乳腺检查人数远多于乳腺彩超检查者,两种检查方法结果正常比例红外线乳腺扫描组明显多于乳腺彩超组,其他结果检出率均为彩超组高于红外线检查组;对乳腺导管扩张与囊肿病型乳腺结构不良红外线组不能检出。红外线组检查结果较单纯,其中有几例红外线诊断需进一步检查者,最后诊断为乳腺癌的病例均为触诊较明显的病例。

3分析

目前红外线乳腺扫描检查操作是先做乳腺触诊检查,再用扫描仪观察。触诊检查目的:一是不遗漏红外线不能发现的病灶;二是对触诊有异常处扫描重点观察局部的血管及灰影情况,以提高诊断价值。所以以上统计红外线乳腺扫描检查结果实际是综合了外科触诊与红外线扫描检查。以下根据几年工作经验,综合上述结果,谈谈对该检查的几点看法:

3.1红外线乳腺检测仪是根据人体软组织对红外光辐射有选择吸收的能力,用红色光源探测头对乳腺组织进行透视扫描,经红外摄影取像,将经过计算机处理的组织图像显示在屏幕上,通过观察检查乳腺疾病,具有无辐射、无创伤并多次重复检查的特点。由于不同的组织对红外光的吸收程度不同,所以可以通过观察血管与灰影等情况作出诊断。乳腺增生者血管多较丰富、明显者可见散在浅灰影。但部分触诊及有症状的增生者,红外线扫描无任何血管及灰影改变,所以需结合触诊检查。

3.2对触诊较大、质地较硬的肿块,如红外线扫描能见较深灰影、局部血管增粗、丰富、紊乱,可考虑是恶性病灶,需进一步诊治。

3.3能发现明显的乳腺囊肿、脂肪瘤、皮下结节、瘀血等。扫描显示透亮影,可确定乳腺囊肿,但与B超检查相比检出率低;如外伤引起的皮下瘀血会有明显灰影,要注意结合触诊、病史区别;皮下结节如皮脂腺瘤为深灰影结合触诊检查能分别,一般脂肪瘤的局部血管较丰富,灰影较深,但就红外线扫描检查图像看,与恶性病变难区别,可结合触诊质地、活动度作出检查意见,明确诊断,仍有必要做其他检查如乳腺彩超检查确认。

3.4对结节的检出率较低,对小于2cm的结节肿块不能观察,有些能触及的质地较硬的结块,扫描无异常,建议做其他检查才发现问题,其中有几例是早期乳腺癌(经手术证实)。多数乳腺纤维瘤在红外线扫描检查不显示灰影,主要是依据触诊检出。

3.5对乳腺导管扩张与囊肿病型乳腺结构不良者不能检出,临床上有乳头溢液、溢乳者,扫描无异常。

3.6对哺乳期乳腺,隆胸术后,太大及太小乳房、致密性乳腺及位置深度病变者均难观察,易漏诊。

4讨论

乳腺癌是危害妇女健康的主要恶性肿瘤。在我国,乳腺癌发病率逐年上升且日趋年轻化。对乳腺癌早期诊断、早期治疗可获得较高治愈率,乳腺检查有重要的意义,应结合具体情况选择诊断价值大的检查方法,以提高乳腺癌的早期发现。

4.1红外线检查者要有丰富的乳腺触诊经验,可弥补扫描检查的不足。红外线检查不能替代外科触诊检查,定期触诊检查方便、检查间隔时间短,尤其对有丰富触诊经验的乳腺专科医师能早期发现问题,仍是体检中重要的乳腺初步检查方法。

4.2乳腺触诊检查没问题者,红外线检查基本也无明显异常发现,所以在体检中该检查作为早期乳腺癌排查不应列为首选。

4.3乳腺触诊已经发现有异常者,最好的选择是直接做乳腺彩超或钼靶检查。

4.4对年龄超过35岁、有家族史、单身未生育、哺乳期很短、月经初潮早、绝经晚以及饮酒、吸烟、曾经有乳腺其他疾病、从事化工或接触放射线工作等高危人群应常规选择乳腺彩超或钼靶检查。

5参考文献

1关注妇女乳腺健康重视乳腺癌筛查早诊〔J〕.中国医学论坛报,2007,5(31):1059.

扫描仪的应用技巧第12篇

关键词：三维激光扫描仪,逆向工程,曲面测量,快速原型,包装设计

一、引言

传统的产品包装结构设计一般是基于某种产品在运输、储存中的保护需要, 在现有或类似的产品包装设计方案的基础上进行的。其结构设计的好坏往往是由设计者的现有经验、能力水平以及参照对象决定的。而对于一些表面结构复杂的贵重产品 (如电子产品、陶瓷产品等) , 这样的设计方法不仅无法保证质量, 而且一味增加包装层数, 既加大了成本, 耗费了时间, 还阻碍了人们对产品包装的创新。如今三维激光扫描技术的兴起和快速发展为这种需求提供了契机, 作为这种技术的载体, 三维激光扫描仪能快速获取物体三维点云信息, 并将三维点云转化为复杂曲面产品的立体模型, 再通过逆向工程技术, 将立体模型转化为产品的数字化CAD模型, 并在此基础上进行产品包装的缓冲结构设计, 最后运用快速原型技术实现对产品外包装的快速打样, 同时进行外观和性能的评价, 从而有效解决了传统包装结构设计中存在的问题。

二、三维激光扫描仪设计

(一) 对象模型。如图1所示, 三维激光扫描仪应包括的器件有以下几部分:

1. 线性激光器。投射至被扫描物表面, 用于给摄像头提供易于捕捉的平面坐标信息。

2. 摄像头。实时获取被扫描物的图像, 用于提取线性激光的平面坐标, 进而变换计算出被扫描物的三维空间点云坐标。

3.360度云台。将被扫描物放置在上面并旋转, 用于对被扫描物进行360度的图像获取。

4.360度数字舵机。用于驱动360度云台及其载荷。

5. 数字舵机控制器。与数字舵机构成闭环控制系统, 用于驱动并控制舵机的速度与旋转角度, 并使其达到预定位置。

6. 数据采集器。按照给定的参数, 对摄像头数据进行采样。

7. 通讯接口。响应上位系统的控制命令, 并上传采样数据。

8. 坐标变换程序。用于将线性激光在图像中的平面坐标变换为被扫描物的三维空间坐标。

9. 点云图。依据三维空间坐标形成被扫描物的三维点云。

1 0. 模型数据库。依据点云图的集合构建被扫描物的三维模型, 并得出其各项尺寸参数。

1 1. 项目管理器。管理扫描建模项目, 启动或停止作业等。

1 2. 监视窗口。显示设备工作状态和三维模型图。

(二) 工作原理。如图2所示, 其工作原理包括数据获取、数据处理和数据应用三个部分。

三、三维激光扫描仪在包装结构设计中的应用

(一) 包装结构设计概述。

包装结构设计是依据科学原理, 采用不同材料、不同成型方式, 结合包装的各部分结构要求, 对包装的外形结构及内部结构所进行的设计。其主要作用是防止商品在流通、存储过程中因外部冲击而受到损害。加强包装主体容装性和保护性。

(二) 逆向工程简介。

逆向工程常用于仿制过程, 即对产品实物运用三坐标测量机和三维激光扫描仪等测量设备进行数字化扫描处理, 获得其三维坐标数据, 然后借助专用的逆向工程软件 (如Imageware、Geomagic Studio等) 对获取的三维数据进行处理和CAD模型重构, 再通过三维造型软件 (如UG、Creo Parametric等) 构建产品的CAD实体模型, 并输出CNC加工指令或者用SLS、SLA、LOM快速原型工艺制造出产品实物原型。其中三维数据测量、数据处理、三维重构是逆向工程的3大关键技术。

(三) 具体实施流程。

1. 产品表面特征提取。

将待测产品放置在360度云台上, 并使用三维激光扫描仪对产品的外观进行精确扫描从而获得产品外表面特征的点云数据。对于产品局部诸如沟槽、突起等复杂的特征, 可以调节扫描仪摄像头与激光器相对于产品的高度与角度, 从而减少扫描的盲点。取得的产品点云数据经处理后可用于后续的产品外包装结构设计。

2. 产品CAD模型建立。

采用逆向工程软件对取得的产品点云数据进行处理。包括对点云数据的精减, 杂点的去除, 空点的补充, 分块点云数据的对齐拼合从而完成产品三维模型的构建。再将产品的三维模型导入到三维建模软件中, 逆向输出产品的尺寸参数与CAD模型, 为产品的外包装结构设计提供直接的数据来源。

3. 产品外包装结构设计。

根据得到的产品尺寸参数与CAD模型, 在三维建模软件中, 可依据产品的外形特征, 利用曲面复制功能准确地设计出产品的外包装结构。也可以直接利用三维建模软件中的模具模块对产品进行开模、分模等操作, 从而快速得到产品的纸塑包装模具。

4. 快速原型制造和评估。

利用快速原型技术对设计出的产品外包装结构进行快速制造打样, 从而对其外观与缓冲性能进行评价和改进。

四、结语

通过对三维激光扫描仪的设计阐述, 我们对三维模型重建以及逆向工程有了更加深入的了解。同时将这项技术应用于产品的外包装结构设计, 相比于传统设计方法, 不但提高了设计制造的准确性, 同时有效节省了时间, 降低了成本, 也能促使包装设计工作者将更多的创意与现实产品相结合, 运用到包装设计的工作中来。

参考文献