I.Преглед на фотограметричните методи за архивиране на паметници на културата и архитектурата

Проектиран за лесна употреба и високи резултати скенерът може да се използва за заснемане на 3D данни след кратко обучение. Дали ще се сканират особености на теренната повърхнина или обемни предмети и сгради е без значение. Скенерът предлага:

• създаване на триизмерни изображения, където всеки пиксел има X, Y, Z координати. За да се подобри реализма, чрез опцията за цвят всеки пиксел може да бъде оцветен;
• измервания, които се извършват директно в облака от точки с цел да се генерират 3D обекти, които могат да се използват за създаване на точни CAD модели;
• за твърде кратко време лазерният скенер може да заснеме голям обем информация. Това е повече от 100 пъти по-бързо от конвенционалните скенери. По този начин се намалява цялостното време за сканиране и се повишава ефективността на метода.

                                              

                                                           фиг. I.4.1

            На фигура (I.4.1) е показан наземен лазерен скенер, а на фигура (I.4.2) основните му съставни части. 

                                                           фиг. I.4.2

            Земното лазерно сканиране е нов метод за заснемане (измерване) на дадени обекти. Този метод позволява лесно и бързо придобиване на комплекс от тримерни данни за сгради, машини и т.н. При този метод всяка точка се  определя със своите координати и интензитета (I) на отразения сигнал. Наземния лазерен скенер определя разстоянието до голям брой точки от обекта като скенера изпраща лазерни пулсации към обекта и приема отразения сигнал от същия. Така наречените “пулсиращи скенери” измерват времето на пътуване на измервателния лъч до обекта и обратно и по този начин се определя разстоянието от скенера до обекта. При сканирането се регистрират хоризонтални и вертикални ъгли, разстояния, полярни координати и интензитет. На фигура (I.4.3) са показни аксесоарите към една лазерна екипировка.

                                                           фиг. I.4.3

 

                       

                                                           фиг. I.4.4

            Заснемането на всеки обект може да бъде разделено на три основни стъпки: придобиване на данни; третиране на данните и визуализация. Лазерните скенери работят с честота по-висока от 1000Hz. Практически за всяка сканирана точка се записват нейните полярни координати, а като четвърта координата се записва интензитета и на отразения сигнал. В координатната система на скенера за координатите на всяка сканирана точка М може да се напише:

            ,                                                                                  (I.4.5)

където X_SK, Y_SK, Z_SK са координатите на точката, над която е поставен скенера;

            H_SK е височината на скенерната глава  от наземната точка;

            h- превишение между скенерната глава и сканираната точка;

            S'- наклонено разстояние от скенерната глава до сканираната точка;

            S- хоризонтално разстояние от скенерната глава до сканираната точка;

            α,β -полярни ъгли , определящи положението за сканиращият лъч;

            X_m, Y_m, Z_m координати на сканираната точка M;

            l -интензитет на отразения сигнал от точка M;

            N - номер на сканираната точка.

            За всяка сканирана точка от обекта се прави запис (N, X_m, Y_m, Z_m,I). Стойността на интензитета на отразения сигнал, зависи от съставящия материал за обекта, неговата структура, цвят и др. С помощта на специален софтуер полученият облак от точки, наречен “скан” може да се присъединява към друг такъв. Обединеният облак от точки може да се трансформира в желана координатна система. На получения пространствен модел могат да се добавят допълнително графични примитиви (дъги, радиуси, линии и др.) а също така и да се реферират изображения. Към скенера може да бъде поставяна цифрова камера, така че изображението, получено от камерата и сканираното да са в една и съща координатна система. Когато се сравняват облаци от точки, направени от една и съща станция, при едни и същи условия, но в различно време от сравнението им могат да се направят изводи за изменения( деформации) на обекта.

            Етапите на лазерното сканиране са:

            Придобиване на данни. При този процес областта на интерес може да бъде сканирана от една или повече станции. За свързване на отделните сканирания се използват общи контролни точки;

            Предварителна обработка на данни. На този етап се отстраняват излишно регистрираните точки (растителност, преминаващи превозни средства и др.). Могат да се създадат така наречените “не информационни точки”, получени при пълно отражение на сигнала от обекта. Процеса включва и отстраняването на така наречените “междинни точки”, информацията за които е получена, но те са препятствия по пътя на лазерния лъч към обекта;

            Визуализация на данните. Облакът от точки в триизмерна проекция, интензивно представен с цвят или сива скала, често се използва като първа визуална проверка на придобитите данни. Облакът от точки може да бъде комбиниран с цифрово изображение от цифрова камера към комплекта на скенера.

            По функционален признак скенерите биват :

            камерен скенер. Има ограничено поле на видимост, сравнимо с фотограметрична камера. Такива са  CYPA 2500 (LEICA) и ILRIS 3D (OPTECH). Използва се при измерване на дълги разстояния за външни обекти.

            панорамен скенер. Полето на изглед е ограничено само от базата на инструмента. Оборудван е за работа на закрито (стаи, оборудвания и др.).  Такива са моделите Imager 50003 (ZOLLER& FROHLICH) и CAL-LIDUS;

            хибриден скенер. Едната ос на ротация е без ограничение (често хоризонтално движение). Поради употреба на огледала, оста за втора ротация е ограничена до 60о. Представители на тази група са: GS 200 (MENSI) и LMS Z 360 (RIGEL).

            Действието на видовете скенери е показано на фигура (I.4.6).

 

 

 

Производител	Инструмент	Вид	Схема	Честота	Обхват	Представяне
SYPA (USA)	HDS 3000	P	P	1000 Hz	>100m	A:6mm@50m
MENSI(F)	GS 200	H	P	5000 Hz	400m	R:3 mm@100m
OPTECH(CAN)	ILRIS 3D	C	P	2500 Hz	1500m	A:3mm<100m 1-3sm>100m
RIEGL(AUT)	LMS Z 360	H	P	8000 Hz	700m	R:5mm
Z & F (GER)	IMAGER 5003	P	A	500 kHz	52m	L:5mm

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица. I.4.7.Технически параметри за различни скенери

Приети означения:

в графа “Вид” P- панорамен скенер; C –камерен скенер ; H- хибриден скенер;

в графа “Схема” P- пулсови измервания ; А- фазови измервания;

в графа “Представяне” А- точност; P- прецизност; R –решение ; L –линейни;

                                               фиг. I.4.6

Основни характеристики на популярни 3D лазерни скенери

Представяне	Optech ILRIS 3D	Rigel LMS Z420i	Leica HDS3000
Дължина на лазерната вълна(nanometers)	1,500	1,550	532
Диаметър на лъча при 100м разстояние	17мм	25мм	12мм *
Средна степен на придобиване на данни (pt/sec)	2,500	5,000	1,400
Максимална степен на придобиване на данни(pt/sec)	2,500	8,000	1,800
Точност на разстояние 100м	7мм	9мм	8мм*
Точност на позиция при 100м	5мм	8мм	12мм*
Минимален обхват	3м	2м	<1м
Максимален обхват (границата за обхват зависи от отражателната способност на целта (0-100%)	1500м /80% 700м /10%* 350м /4%	750м /80% 350м /10%	400м /80% * 100м @/5%
Цифрова камера (външно ориентиране)	6 megapixel	6.1 или 8.2 megapixel	6+ megapixel

                                                           Фиг. I.4.8

            Краен продукт на лазерното сканиране е облак от точки с тримерни координати, които могат да се визуализират по различен начин в CAD системи (фиг. I.4.9)

           

                                                           фиг. I.4.9