لیزر اسکنر

اسکنر لیزری چیست؟

اسکنر لیزری در واقع یک Total Station روباتیک است كه به همراه دوربین فتوگرامتری بدون نیاز به رفلكتور می تواند با سرعتی بالا و باور نكردنی نقاط محیط اطراف خود را برداشت نموده و توسط كامپیوتر هدایت شود. میدان دید اسكنر به دلیل عدم استفاده از رفلكتور دقیقا مانند چشم انسان می باشد. بدین معنی كه اگر انسان به جای لیزراسکنر روی ایستگاه مربوطه ایستاده، هر چیزی را كه انسان قادر به دیدن آن است توسط اسكنر برداشت می شود.

تکنولوژی اسکن سه بعدی و یا رقومی کردن آبجکت های فیزیکی از سال های ۱۹۸۰ در دسترس است. از زمان توسعه نسل اول لیزر اسکنرهای زمینی، این تکنولوژی در طی توسعه پیوسته محصولات دستخوش تغییراتی شده و در بسیاری از زمینه های نقشه برداری رشد و توسعه پیدا کرد.

کاربرد لیزر اسکنر در مهندسی نقشه برداری

یکی از دستگاههای نو ظهور در زمینه نقشه برداری اسکنر فتو لیزری می باشد که با حضور قافلگیرانه خود در این زمینه راه حل های زیادی را جهت انجام پروژه های مختلف در اختیار استفاده کنندگان قرار داده است حتی گاهی از اوقات برای تهیه نقشه هیچ راه حل دیگری بجز استفاده از اسکنر فتو لیزری وجود ندارد.

در این زمینه می توان از مستند سازی بناها و اشیای تاریخی ، تهیه نقشه های As-built از پالاشگاهها و مراکز صنعتی ، تهیه نقشه توپوگرافی از صخره های غیر قابل دسترس برای مطالعات ساختگاه سدها ، مهندسی معکوس سازه های بزرگ و مستند نگاری صحنه تصادفات و جرم بعنوان کاربردهای اسکنر فتولیزری نام برد.

واژه Laser مخفف عبارت Light Amplified By Simulated Emission Of Radiation است كه خود عبارت نشان دهنده اصول ايجاد ليزر است همچنان كه از معناي واژه Simulate پيدا است منظور از آن برانگيختن و تقويت كردن پرتوهاي خاصي است كه منابع آنها اجسامي نظير ياقوت ، نئودميوم و كربن است و واگرايي كمتري از خود نشان داده و در مقايسه با نور مرئي كه از هفت طيف قرمز ، نارنجي ، زرد ، سبز ، آبي ، نيلي و بنفش تشكيل شده است ، تك رنگ و يك طيفي Coherent)) هستند چون پرتوهاي ليزر تكرنگ هستند و واگرايي ندارند براي امتداد دهي در كارهاي عمراني بسيار مناسب بوده و در موارد بسيار دقيق نظير حفاري تونلها ، نقشه برداريهاي زير زميني نظير مترو و در رسيدن به نقاط break through كه از دو طرف حفاري انجام مي شود تا به هم برسند ،‌ كاملا كاربرد دارند .

 

بكارگيري ليزر در ماهواره ها

يكي از كاربردهاي عمده در مهندسي نقشه برداري استفاده از آن براي فاصله يابي از طريق ماهواره هاست اين سيستمها در تعيين موقعيت ماهواره ها به عنوان فاصله يابهاي ليزري  Satellite)      Laser Ranging – SLR)  استفاده مي شوند . در SLR از ليزر استفاده مي شود ، منتها ليزرهايي كه توان و برد بالا دارند و مي توان از فاصله اي حدود 20000 كيلو متر پالسهايي را از ايستگاه زميني به ماهواره فرستاده و از طريق منشورهاي تعبيه شده در ماهواره پرتوها به ايستگاه زميني برگشت داده شوند . در اويل ايجاد SLR از ياقوت استفاده مي شد ولي در نسلهاي بعدي از نئودميوم استفاده شده است در SLR دقت فاصله يابي بلند از ايستگاه زميني به ماهواره در نسل اول حدود 10 متر بوده كه در نسلهاي بعدي (نسل چهارم) به حدود 2 ميلي متر رسيده است.

 

كاربرد ليزر در مسافت يابهاي الكترونيكي

دسته اي از مسافت يابهاي الكترونيكي Electronic Distance) Measuring Instruments) كه اختصارا به آنها EDM مي گويند.  با استفاده از اشعه ليزر كار مي كنند در اين دستگاهها از ليزرهاي با منبع جامد نظير ياقوت يا نئودميوم استفاده نمي شود ، بلكه منبع آنها نيمه هادي است نمونه اين نيمه هادي را مي توان ديود گاليم آرسنايد نام برد . اين نيمه هادي پرتو تكرنگي ايجاد مي كند كه خود برانگيخته است و ايجاد ليزري مي كند كه براي تعيين موقعيتهاي دقيق و براي جاهايي كه دقت امتدادي مدنظر است.  مورد استفاده قرار مي گيرد اساس كار مسافت يابهاي الكترونيكي سنجش غير مستقيم زماني است كه يك پرتو نور فاصله بين دو نقطه را طي مي كند.

گرچه اولين نسل مسافت يابهاي الكترونيكي براي فواصل زياد بسيار دقيق بودند ، ولي اندازه آنها بزرگ ، وزن آنها سنگين و قيمت آنها گران بود . بنابراين در كارهاي روزمره نقشه برداري وارد نشدند ، در حالي كه مهندسان به دستگاههاي سبك ، كوچك ، ارزان و دقيق براي سنجش طول هاي كوتاه ، از چند متر تا دو الي سه كيلومتر نياز داشتند. در واقع دستگاههاي EDM استفاده كننده از نور ليزر ، نسل سوم اين دستگاهها هستند . مزاياي اين مسافت يابها عبارت است از :

 

1- مصرف كم 2- سبكي و قابليت حمل و نقل آسان ، 3-برد زياد (حداكثر برد 15 تا 60 كيلومتر)   4-دقت بالا در حدود ميليمتر.

 

با كوچك شدن اين دستگاهها و قابليت تركيب آنها با دستگاههاي ديگر دستگاههايي با نام توتال استيشن به بازار عرضه شد كه توسط آنها مي توان تمام كارهاي برداشت و پياده كردن را با دقت و سرعت بسيار زياد انجام داد . علاوه بر اين مي توان همزمان اطلاعات برداشت را در قسمت ذخيره كننده داده ها انباشته كرد . در مرحله بعد مي توان اين داده ها را در دفتر كار به صورت خودكار به رايانه منتقل كرد. رايانه نيز به نوبه خود پس از انجام محاسبات بر اساس برنامه ، داده ها را به دستگاه رسام براي ترسيم نقشه يا چاپگر براي چاپ نتايج منتقل مي كند.

توتال استيشن هاي جديد مي توانند منعكس كننده Reflector را به صورت خودكار شناسايي كنند به قسمت شناسايي كننده ماژول ATR (Automatic Target Recognition Module) مي گويندو ماژول ATR و EDM دستگاه به صورت يكپارچه در تلسكوپ دستگاه قرار داده شده است اساساً ماژول ATR يک دوربين رقومي است كه جدايي يك پرتو را نسبت به محور نوري تلسكوپ ، موقعي كه اين پرتو به طرف دوربين انعكاس يافته است تعيين مي كند . دستگاه پرتوها را به صورت هم محور منتشر مي كند ماژول امكان قفل كردن روي هدف يا نشانه روي دقيق خودكار را به كاربر مي دهد كاربر مي تواند يكي يا هردوي اين حالتها را فعال نمايد در حالت نشانه روي دقيق به طور خودكار ، احتياجي به تنظيم و نشانه روي دقيق به صورت دستي نيست . ابتدا نشانه روي تقريبي با دست يا تحت هدايت يك نرم افزار انجام مي شود و بعد دستگاه به طور خودكار و با بهره گيري از پرتو ليزر به صورت بسيار دقيق به هدف نشانه روي مي كند.

 

كاربرد ليزر در تهيه مدل رقومي زمين DTM

نمايش بعد سوم يا مولفه سوم مختصات براي بسياري از كاربردها اهميت اساسي دارد اما نمايش بعد سوم سطح زمين يعني z بر روي سطح مسطح كاغذ يا صفحه نمايش دشوار است . به همين دليل نقشه برداران از دير باز تلاش كرده اند روشهايي را براي نمايش ارتفاعات روي نقشه ارائه نمايند استفاده از هاشور ، سايه روشن ، گامهاي رنگي ، اعداد ارتفاعي و منحني هاي ميزان از جمله اين روشها محسوب مي شوند.

يكي از كاربردهاي عمده ليزر در مهندسي عمران استفاده از آن در تهيه مدل رقومي زمين است با استفاده از روش اسكن سه بعدي با ليزر كه در واقع روش برداشت مستقيم نقاط است ، مي توان به مدل سه بعدي رقومي از زمين دست يافت روش كار به اين صورت است كه پرتو ليزر تحت زاويه خاصي به سمت منطقه مورد نظر فرستاده مي شود تعداد اين پرتوهاي برگشتي و درواقع تعداد نقاط ثبت شده آنقدر زياد است كه وقتي در محيطي مثل CAD نمايش داده مي شوند به نظر مي رسد كه سطح بازسازي شده است اين داده ها در اصطلاح ابر نقطه اي  Point   Cloud ناميده مي شوند. دستگاههاي ليزر اسكن داراي دو نوع هوايي و زميني هستند . يك ليزر اسكن هوايي سه عنصر اصلي دارد : GPS , IMU و Laser Scanner ، GPS دستگاه خاصي است كه موقعيت نقطه محل هواپيما را ثبت مي كند. IMU زاويه حركت هواپيما با نقطه زميني را مي دهد و مسافت ياب Laser فاصله بين هواپيما و نقطه زميني را مشخص مي كند برداشت نقاط بر اساس سه الگوي Pattern مختلف انجام مي شود:  بيضي ، دايره و زيگزاگ و همپوشاني عرضي بين الگوها بستگي به دقت مورد نظر و طراحي پرواز دارد.

 

در ليزر اسكن زميني دستگاه بر روي سه پايه اي سوار مي شود و مي تواند دور تا دور خود را به صورت استوانه اي برداشت كند . پس از برخورد پرتو ليزر به منطقه مورد نظر ، ضريب انعكاس جسم تعيين مي كند كه چه مقدار از سيگنال منتشر شده به ليزر بر مي گردد مقدار اين انعكاس به طول موج ليزر بستگي دارد و خصوصا براي سطوح سياه و سفيد متفاوت است پرتو ليزر پس از انتشار ممكن است به موانعي برخورد كند ، مثلاً در ليزر اسكن هوايي در مناطق جنگلي پرتو ليزر قبل از رسيدن به زمين به يك يا چند شاخه برخورد مي كند اين مساله موجب مي شود دو يا چند انعكاس به مسافت ياب ليزري برگردد اغلب سيستمها قادرند تمام پالسهاي بازگشتي به مسافت ياب يا حداقل اولين و آخرين پالس برگشتي را ثبت كنند كاربردها و استفاده هاي مختلفي از آنها بر اساس اين اندازه گيري ها امكان پذير است البته تهيه مدل از سطح زمين براساس اندازه گيري آخرين پالس است اگر چندين پالس برگشتي وجود داشته باشد فقط آخرين پالس مي تواند به نقطه اي روي زمين تعلق داشته باشد ، زيرا فاصله زمين از فاصله ياب از بقيه نقاط بيشتر است . براي كاربردهاي ديگري مثل تهيه مدلهاي سه بعدي شهر ، اولين پالس اهميت بيشتري دارد و هچنين اولين و آخرين انعكاسها براي تهيه تراكم زيستي (Biomass) مورد نياز است همان طور كه ذكر شد انعكاس به جنس مواد سطح بستگي دارد سطوح طبيعي مثل گياهان مقادير انعكاس بيشتري نسبت به مواد ساخت بشر مانند آسفالت و بتون دارند بنابراين به طور كلي تشخيص گياهان و ساختمانها امكان پذير است به كمك روشهاي Filtering مي توان نقاط مورد نظر را در موارد خاص استخراج كرد و تعداد نقاط جمع آوري شده را براي هر كاربرد كاهش داد.

ليزر اسكن در حقيقت فني است كه مختصات نقاط را به طور مستقيم و به همراه زوايا و Offset ها برداشت مي كند ليزر در سيستمهاي قديمي تنها مختصات نقاط را اندازه گيري مي كرد اما اخيرا اطلاعات ديگري نيز از عوارض براي پي بردن به نوع عارضه برداشت مي شود. ولي ليزر اسكن توانايي برداشت در اين مناطق را نيز دارد. همچنين از آنجا كه ليزر از عوارضي مثل برگ درختان نيز عبور مي كند ، در مناطقي مثل جنگلها نيز مورد استفاده قرار مي گيرد.

سرعت برداشت ليزر اسكن به حدود 28000 نقطه در ثانيه مي رسد و طي 4 دقيقه ، 360 درجه (يك دور كامل) را برداشت مي كند . دقت دستگاهها براساس فاصله نقاط برداشت شده سنجيده مي شود كه معمولا حدود 2 سانتي متر الي 2 ميلي متر است و قيمت آنها بستگي به قدرت تفكيك و دقت آنها دارد.

كاربرد ليزر در ايجاد واقعيت مجازي Vitrual Realit

Laser Scanning مي تواند داده هاي لازم براي توليد مدلهاي دقيق سه بعدي را به صورت بسيار سريع ، راحت ، كارآمد و مقرون به صرفه اي جمع آوري كند  درواقع ، داده هاي حاصل از  Laser Scanning در تهيه Virtual Reality بسيار مورد استفاده قرار مي گيرند.

در مورد برداشت اطلاعات توسط دستگاههاي Laser Scanning درقسمت قبل توضيح داده شد ، داده هاي سه بعدي جمع آوري شده در رايانه ذخيره مي شوند و نرم افزارهاي مناسب قادرند آنها را براي مقاصد مختلف مورد بررسي و تفسير قرار بدهند.

 

مراحل مدل سازي سه بعدي با اين روش را مي توان در شش مرحله اساسي خلاصه نمود:

1-   نشانه روي به منطقه يا سازه مورد نظر.

2-   اسكن (جاروب) منطقه يا سازه مورد نظر و توليد ابر نقطه اي .Point Cloud

3-   دسته بندي نقاط تشكيل دهنده اشكال و اجزاي مختلف منطق يا سازه مورد نظر.

4-   تشكيل سطوح و مشخص نمودن اجزا در زمينه برداشت شده.

5-   ثبت و تركيب اشكال حاصله با يكديگر و خلق مجموعه داده هاي مصنوعي.

6-   تشكيل مدل سه بعدي با جزئيات.

 

از آنجا كه تعدادنقاط ثبت شده بسيار زياد است ، مدل سه بعدي تشكيل شده داراي جزئيات بسياري است. از اين رو براي اندازه گيريها و مطالعات بسيار دقيق و سريع بسيار مناسب است . از كاربردهاي مهم اين روش در مهندسي عمران ، طراحي سازه هاي مختلف مثل پلها و ساختمانها و همچنين طراحي مسير راهها و بزرگراههاست.

با استفاده از اين فن مي توان از زوايا و ديد هاي مختلف سازه موضوع مورد نظر را مورد بررسي قرار داد و در تعيين نوع مصالح قابل استفاده و هزينه ها قبل از انجام طرح از آن بهره گرفت . در زمينه طراحي بزرگراهها با دردسترس بودن ديد سه بعدي حاصل از منطقه مي توان در ساعتهاي پر ترافيك بدون حضور در منطقه و بستن جاده ، بازديد و بررسيهاي لازم را انجام داد.

در برخی موارد با استفاده از این روش می توان با لیزر اسکن نمودن ساختمانها و شبیه سازی موقعیت فعلی بناها و یاساختمانها در یک منطقه ، در زمینه ایجاد و ساخت بناهای جدید و بررسی محدودیتها و امکانات موجود و آینده مطالعات لازم را انجام داد این فناوری این امکان را به وجود می آورد که بتوان هر سازه را در جاهای مختلف قرار داد و مشکلات آن را بررسی کرد همچنین طراح می تواند با استفاده از وسایل مخصوص مثل عینک و دستکشهای خاص ، در قسمتهای مختلف قرار گرفته و حرکت نماید. و از زوایای مختلف سازه های تشکیل دهنده منطقه را مورد بازدید قبل از ساخت قرار بدهد.

این فناوری همچنین قابلیت شبیه سازی موقعیتهای مختلف مثل هوای طوفانی ، سیل و امکان بررسی مقاومت سازه هایی مانند پل و کانالهای فاضلاب در هنگام بروز چنین وقایعی را نیز دارد.

در موقعیتهای خطرناک و پیچیده و در مکانهای غیر قابل دسترس که در آنها امکان انجام نقشه برداری زمینی وجود ندارد با استفاده از این روش می توان بخوبی و با دقت بالا مدلی مناسب از منطقه تهیه نمود.

یکی دیگر از کاربردهای این روش استفاده از آن در بررسی یا ترمیم آثار باستانی است. با این روش مجموعه نقاطی به صورت ابر نقطه ای از مکانهای قدیمی و تاریخی برداشت می شود و پس از پردازش این نقاط در رایانه ، مدل بنا تشکیل شده و امکان بازسازی یا ترمیم آن سنجیده می شود همچنین نرم افزار امکان آن را فراهم می آورد که بتوان موقعیت و شکل بنا را قبل از تخریب یا تغییر شبیه سازی نمود.

کاربرد لیزر اسکن می تواند از نمایش یک سرتاسر یک سایت تاریخی به وسیله لیدار هوایی تا آنالیز دقیق و با دقت زیر میلیمتر یک شئ باستانی با استفاده از اسکنرهای برد کوتاه مبتنی بر مثلث بندی را شامل شود. امروزه اسکنر ها به طور گسترده ای در برداشت و نقشه برداری معماری، باستان شناسی و زیست محیطی مورد استفاده قرار می گیرند. با قابلیت ضبط خودکار داده ها، این ابزار چشم اندازی جدید را در نقشه برداری و برآوردن نیازهای این علم به وجود آورده است.

لیزر اسکنینگ مرکب از جمع آوری و گرفتن داده ها با سرعت بالا از سطوح پیچیده و محیط های خارج از دسترسی ما  به صورت کاملا خودکار می باشد. لیزر اسکنرها در واقع همان توتال استیشن های سابق هستند. این ابزار میدان دیدی شبیه به چشم انسان دارند. منشور نیاز ندارند. برداشت اطلاعات را با سرعت بالایی انجام می دهند. قابلیت این را دارند که با رایانه کنترل شوند. همچنین قابلیت اتصال به GPS را دارند.

این ابزارها به عنوان فن­آوری نسبتاً جدید در زمینه نقشه برداری، روز­ به روز در حال توسعه و پیشرفت بوده و برای جمع آوری اطلاعات زمینی به کار می روند. این سیستم ها اطلاعات را به صورت آنی (Real-Time) و با مقیاس حقیقی جمع آوری می کنند. این خصوصیت در مورد مدل­سازی اشیاء پیچیده بسیار حائز اهمیت است، از این جهت که می­توان تمام جزئیات شیء مورد نظر را به نحو احسن برداشت نمود.

اساس کار اسکنر لیزری نیز مانند دوربین های نقشه برداری اندازه گیری دو عنصر طول و زاویه است.

لیزر اسکنرهای سه بعدی امروزه پیشرفته ترین فناوری موجود را برای اندازه گیری و برداشت اشیاء ارائه می دهند. در مقایسه با فتوگرامتری، لیزر اسکن های سه بعدی مستقیما تعداد زیادی نقطه را تولید می کنند. مدل ابر نقطه که به وسیله لیزر اسکنرهای سه بعدی تولید می شود، مجموعه غنی اطلاعاتی و همچنین یک نقطه شروع برای بسیاری از فعالیت­ها است.

ابر نقطه به وجود آمده می تواند برای ترسیم نقشه – با استفاده از مثلث بندی نقاط – و همچنین تولید مدل سه بعدی سطوح مورد استفاده قرار گیرد. این مدل به طور کلی در بسیاری از برنامه های کاربردی سه بعدی قابل استفاده نیست، بنابراین معمولا آن را از طریق یک فرآیند مهندسی معکوس به مدل مش مثلثی و یا مدل­های CAD تبدیل می کنند به طوری این مدل ها بتوانند برای اهداف مختلفی مورد استفاده قرار گیرند.

در واقع، لیزر اسکنرها می توانند بسیاری از نیازهای کاربرانی را که در حفاظت سایت های تاریخی درگیر هستند؛ پوشش دهد. زیرا این ابزار می توانند به طور مستقیم برای مدل سازی سه بعدی و اندازه گیری نقطه به نقطه  استفاده شده و پاسخگوی کاربردهای آینده نیز باشند؛ گویی که کاربر به طور فیزیکی در سایت حضور داشته است.

هدف استفاده از لیزر اسکنر منحصرا ایجاد ابر نقطه ای از عارضه مورد نظر نمی باشد؛ بلکه ویرایش اطلاعات جمع آوری شده، مدل سازی شیء مورد نظر و همچنین انجام آنالیزها و استخراج اطلاعات هندسی را نیز شامل می شود.

 

دسته بندی اسکنرهای لیزری

لیزر اسکنر­های زمینی با در نظر گرفتن نوع ساختمان آن ها، سیستم اندازه گیری آن ها، دقت و برد مسافت متغیر هستند. به طور کلی یک سیستم لیزری سه بعدی از اجزای اندازه گیری زاویه و طول تشکیل شده است.

فرآیند کار در لیزر اسکنرها عموما از سه مرحله تشکیل شده می شود:

  1. ارسال پرتوهای لیزر اسکن از طریق آینه­های متحرک یا دوران کننده
  2. بازتاب پرتوهای لیزر از سطح عارضه
  3. دریافت و ثبت پرتوهای بازگشتی

 

انواع لیزر اسکنرها بر اساس روش اندازه گیری فاصله

سیستم اندازه گیری  فاصله به برد (فاصله) و دقت حاصله از سیستم بستگی دارد. به منظور تولید یک مدل ابر نقطه دقیق از تمامی سطوح جسم، باید دو عامل مهم دقت بعد و وضوح مکانی لیزر اسکن مد نظر قرار گیرند.

 

در این راستا سه تکنولوژی برای اندازه گیری فاصله با لیزر اسکنرها مورد استفاده قرار می گیرد.

  •     محاسبه زمان رفت و برگشت موج (time of flight):

امروزه متداول ترین نوع سیستم اندازه گیری برای لیزر اسکنرها، اصل زمان پرواز می باشد. این سنسورها در مسافت های طولانی­تری کار می­کنند ( به عنوان مثال ۱۰۰-۲ متر)، اما دقت کمتری نسبت به سیستم­های مثلث­بندی دارند. سنسورهای تاخیر زمانی برای اشیائ بزرگ، به عنوان مثال سایت­های باستانی و بناهای معماری استفاده می شوند. این سیستم زمانی را که نور نیاز دارد که منبع لیزر منتشر شده، به جسم رسیده و بازگردد اندازه گیری می­کند. با در نظر گرفتن سرعت ثابت نور، فاصله تا جسم محاسبه می شود.

  •     روش اندازه گیری اختلاف فاز (phase comparison)

در کنار اصل زمان پرواز روش فاز نیز دومین روش معمول برای بردها و فواصل میانی می باشد. برد اندازه گیری در این روش به ۱۰۰ متر محدود می شود. در این حالت می توان به دقت چند میلی متر در اندازه گیری فواصل دست یافت.

  •     مثلث بندی (triangulation)

سیستم های مبتنی بر مثلث بندی در مسافت های کوتاه کار می کنند (تا ۵۰۰ سانتیمتر) و می توانند به دقت بالایی برسند. روش اندازه گیری فاصله در این نوع لیزر اسکنرها، مثلث بندی اپتیکی می باشد. با این فن می توان به دقت هایی در حدود چند میکرومتر دست یافت. شئ مورد نظر که به وسیله یک دوربین CCD دیده می شود، با یک پرتو نور مورد هدف قرار می گیرد. یک مثلث با استفاده از نقطه منبع نور، نقطه نوری روی سطح آبجکت و نقطه تصویر شده در دوربین CCD تشکیل می شود. لیزر اسکنر­هایی با برد کوتاه در زمینه های بسیار متفاوتی کاربرد دارند؛ اما اصلی ترین کاربرد آن ها در مستند­سازی بنا­ها و اشیاء تاریخی است.

Optical Triangulation = مثلث بندی اپتیکی

در اینجا لازم است به این نکته اشاره شود که اسکنرهایی که بر پایه مثلث بندی کاری می کنند بیشتر برای برداشت سوژه های کوچک و اسکنرهای Time Of Flight بیشتر برای سوژه ها بزرگ مفید هستند.

 

انواع لیزر اسکنرها بر اساس زاویه دید

لیزر اسکنر­های سه بعدی بر اساس زاویه دید طبقه بندی متفاوتی دارند. عموما دو نوع زاویه میدان دید در این زمینه شناخته شده است:

  1. میدان دید دوربینی
  2. میدان دید ۳۶۰ درجه یا پانوراما

زاویه میدان دید دوربینی اشاره بر میدان دید با زاویه محدودی دارد که در دوربین عکس­برداری نیز استفاده می شود. لیزر اسکنر­هایی که دارای میدان دید پانوراما هستند (مانند Riegl  ) قابلیت چرخش ۳۶۰ درجه و برداشت کامل محیط اطراف را دارند. با استفاده از لیزر اسکنر­های پانوراما می توان برداشت های مناسبی را از داخل اتاق ها، تونل ها و … تهیه کرد. به عنوان مثال این نوع از لیزر اسکنرها قادر هستند که تمام فضای داخل اتاق را مانند کره ای برداشت کنند.

دستگاه های دید پانوراما به این دلیل که به تعداد ایستگاه های استقرار کمتر نیاز دارند و ثبت و برداشت اطلاعات راحت تر و دقیق تر صورت می­پذیرد، نسبت به دستگاه های دید دوربینی ارجحیت دارند.

 

تهیه مدل سه بعدی توسط اسکنر لیزری سه بعدی دارای سه مرحله اصلی می باشد:

برداشت زمینی

در این مرحله با استقرار دستگاه در محل های مورد نظر نسبت به جمع آوری اطلاعات (برداشت نقاط) اقدام می شود. بدین منظور، لازم است شبکه نقاط برداشت به گونه ای طراحی شود که هر قسمت از بنا، حداقل از یک استقرار قابل مشاهده باشد. همچنین لازم است به منظور امکان یکپارچه سازی برداشت ها از استقرارهای مختلف، در هر استقرار، عوارضی از دیگر استقرارها نیز مشاهده و برداشت شوند. (این عوارض می توانند به صورت مصنوعی و با استفاده از تارگت در محل مناسب ایجاد شوند.)

یکپارچه سازی و ویرایش

پس از تکمیل عملیات برداشت، مجموعه ای از ابرهای نقاط به صورت منفرد به دست می آید که لازم است برای داشتن ابر نقاط یکپارچه از کل یک بنا، این ابرهای نقاط با یکدیگر تلفیق شوند. برای تلفیق دو به دوی ابرهای نقاط، یکی از ابرهای نقاط به عنوان پایه در نظر گرفته می شود و ابر نقطه استقرار دیگر به آن متصل می شود. اتصال دو ابر نقطه به یکدیگر بدون نیاز به اطلاعات تکمیلی (مانند مختصات دو استقرار) قابل انجام است و صرفاً با داشتن حداقل سه نقطه مشترک (بر روی عوارض برداشت شده یا تارگت) قابل انجام است. به عبارتی سیستم مختصات ابرنقطه مبنا به عنوان سیستم مختصات مبنا انتخاب می شود و دومین ابر نقطه با نقاط مشترک به سیستم مختصات ابرنقطه مبنا برده می شود. این فرایند با توجه به قابلیت نرم افزار مورد استفاده، می تواند برای دو یا چند ابرنقطه مختلف به طور همزمان انجام شود. همچنین در صورتی که موقعیت استقرارها در یک سیستم مختصات مشخص باشد، می توان بدون نقاط مشترک برداشت شده نیز یکپارچه سازی را انجام داد. پس از تلفیق اطلاعات بایستی ویرایش شوند. ویرایش دارای دو بخش عمده می باشد: حذف اطلاعات اضافه و انتقال اطلاعات به سیستم مختصات مورد نیاز. در برداشت عوارض توسط دستگاه اسکنر لیزری، با توجه به برداشت اتوماتیک نقاط، تقریباً در تمامی برداشتها اطلاعات اضافه نیز برداشت می شوند که علاوه بر افزایش حجم داده ها، در مواردی ممکن است باعث ایجاد خطا در زمان ساخت سطوح ایجاد نماید. بنابراین لازم است قبل از هرگونه پردازشی برروی داده ها، این نقاط اضافه حذف شوند. با توجه به اینکه برداشت در سیستم مختصات داخلی دستگاه انجام می شود، در مرحله ویرایش اطلاعات بایستی تبدیل سیستم مختصات انجام شود. برای این کار نیز نیازی به دانستن مختصات ایستگاههای برداشت نمی باشد و صرفاً با دانستن مختصات تعدادی از نقاط (حداقل دو نقطه) عمل تبدیل سیستم مختصات انجام می شود.

پس از کامل شدن فرآیند اسکن، یک گام مهم پیش از تولید مدل سه بعدی آبجکت باقی می ماند و آن تولید شبکه است. فرایند اسکن کردن یک مدل ابر نقطه متراکم و نا­منظم است. عملیات ایجاد یک مدل از این حجم نقاط شبیه به پازل پیچیده­ای از “نقاط را به هم متصل کن” که در آن نقاط باید برای خلق یک شبکه چند ضلعی به یکیدیگر متصل شوند. بعد از انجام این کار، شبکه چند ضلعی نقص های متعددی همچون مثلث های گم شده  و یا سوراخ دارد. علی رغم اسکنیگ کامل و دقیق، داده ها ممکن است از دست بروند. این مسئله به دلیل حرکت خطی مستقیم اشعه لیزر و عدم توانایی آن در دست یابی به منطق برش یافته از آبجکت اجتناب نا­پذیر است. اطلاعات بافت و رنگ آبجکت اسکن شده باید در فرآیندی جداگانه به مدل سه بعدی اعمال شود. به این منظور باید تصاویر رنگی دیجیتال را تهیه کرده و به سطح مدل سه بعدی اختصاص داد.

 تهیه خروجی های مورد نیاز

پس از برداشت نقاط با تراکم مورد نیاز و یکپارچه سازی ابرهای نقاط ، مدل سه بعدی مجازی بنا کاملاً در دسترس استو می توان کلیه مدل سازی ها و اندازه گیری های مورد نیاز را بر روی آن ها انجام داد. این مدلسازی ها می توانند شامل مثلث بندی و برازش رویه به سطوح، تهیه منحنی میزان، تهیه مقاطع در زوایا و موقعیت های مختلف، تهیه نقشه های بافت و جنس سطوح و … باشند.