三坐标激光扫描仪是如何工作的

激光发生器和距离测量仪是3D扫描仪最基础的两个部件。通过一个旋转的编码器控制扫描仪的扫描运动，在扫描过程中编码器会不断调整激光束。如果在两个方向上定位激光束需要一个反射器绕着两个轴旋转。为了可以快速扫描，一般会将激光束反射到两个距离很近且轴线正交的反射器上。激光束也可以通过三轴伺服控制系统更精确的采用三个方向进行定位。

对于复杂的模型来说，简单的两轴或三轴激光扫描仪无法满足测量要求，因此就有了多轴激光扫描仪。多轴激光扫描仪一般会在扫描过程中增加校准功能。

激光测距法

在激光测距扫描仪中一个中心的概念就是光的传播时间。在激光扫描仪中有一个激光探测仪，用来接收反射回来的光线，并计算出激光发出并返回所用的时间。因为光的传播速度c是一个常数，如果光往返所用的时间为t，则被测物体到测量仪之间的距离d可用下式计算出：

因此，扫描仪中激光探测器的光线传感器的精度决定了扫描仪的扫描精度。

这种技术最主要的优势就是可以进行远距离的扫描，这也是为什么很多激光测距扫描仪都应用在了大型的工程测绘上。但是这种扫描仪的精度一般都不是太高，依靠测量一个光波的往返行程来测量距离是很难提高精度的。因此这种扫描仪很少用在实验室的高精密测量中。

三角测量法

很多手持扫描仪都采用三角测量法来弥补激光测距法的缺陷，从而提高测量的精度。三角测量法的原理示意图如下图所示。

例如，手持激光扫描仪通常会配备一个摄像机，摄像机会追踪激光束打在被测物体上的斑点，这样扫描仪就可以计算出被测点之间的距离，这种测量方法比激光测距法要精确很多。虽然三角测量法可以大大提高扫描仪的测量精度，但它同时也限制了扫描仪的使用范围。

点云和物体重构

点云也就是在一个特定的坐标系下的一系列的点的坐标数据。在笛卡尔坐标系中，点可以用X、Y、Z三个坐标进行定义。在三坐标扫描的结果文件中，点云也就是一系列扫描到的点的三个坐标数据。典型的点云文件的格式有TXT、IGS和ASCII。

人体头部的点云数据

扫描出来的点云文件可以输入到一个通用的软件系统中，在软件中通过后处理可以将点云文件转变成模型。有些三坐标扫描仪也配备了这种后处理软件。

扫描出来的点云数据也可以通过软件进行更深层的处理。例如，可以对干扰性的数据进行清理，可以对数据中的孔洞进行修补。将点云文件处理后可以生成三角网格或多边形数模，也可以导出STL格式的文件直接用于加工。还可以使用CAD软件将点云或三角网格拟合成NURBS曲面，从而创建出CAD数模。典型的三角网格文件格式有STL、OBJ和SAT。