Page 103 - 现代文物保护与修复技术研究

第四章 文物保护中的技术应用

第四章 文物保护中的技术应用

第一节 三维激光扫描技术在文物保护中的应用

一、三维激光扫描技术

（一）三维激光扫描仪的工作原理

三维激光扫描仪主要由激光发射器、马达控制可旋转的滤光镜、探测接收
器和控制系统等部件组成。工作原理是通过激光发射器发射激光光束，透过两个
高速旋转的滤光镜将激光束照射至物体表面，物体将激光束吸收或者反射，探测
器将反射回来的包含纹理和颜色等信息的激光信号接收记录，并通过计算激光发

射到接收的时间差，得到激光发射点到物体表面的距离，再利用三维激光扫描仪
自带编码器计算获取激光发射角度，对距离和角度进行计算得到每个点云的三维
坐标信息。通过旋转激光器或者移动扫描平台，对物体进行全面扫描，获得物体
表面点完整三维坐标数据，再由控制系统将收集信息转化为点云数据存储。三维

激光扫描点云的坐标系由 x、y、z 三个方向轴，x 轴与 y 轴在水平扫描面相互垂
直，z 轴与 x、y 轴垂直。x、y、z 计算公式为：x=Scosθcosa，y=Scosθsina，
z=Ssinθ，其中，S 为测得扫描仪到目标点的距离，a 和 θ 为扫描仪计算的水平
和竖直扫描角度。

三维激光扫描仪的激光测距方法根据仪器型号的不同可分为三种：脉冲式测
距、相位差测距、激光三角测距。目前用于测绘行业的三维激光扫描仪主要是基
于脉冲式测距法进行距离量测。
脉冲式测距。通过激光器发射单点激光到物体表面，再由接收器记录激光的

回波信号，通过计算激光的飞行时间，利用光速来计算目标点与扫描仪之间的距
离。脉冲式测距测量效率高，适用于长距离测量，精度可达米级，测量精度主要
受到脉冲计数器工作频率与激光源脉冲宽度的限制。
相位差测距。通过激光发射器发射出一束不间断激光，连续调制激光光束的

发光强度并测定调制激光往返一次所产生的相位延迟，通过相位延迟计算测量的

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