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摘要：文章先分析了激光雷达三维重建，包括三维重建特点和重建过程，随后介绍了测量系统关键技术，包括激光雷达测距、激光雷达测角、三维形貌测量以及激光外差探测，希望能给相关人士提供有效参考。
关键词：激光雷达;三维重建;测量系统
测量是获取信息的主要方式，同时也是机械制造相关科学领域中关键内容，因为激光自身光速飞行、良好方向性、单色性以及相干性等特征，和传统测量方式相比，激光扫描技术通过深度信息进行三维重建更加方便与准确，在工业定位与测量领域中全面推广开来，获得良好成效。
1三维激光雷达测绘技术的概述
三维激光雷达测绘技术是使用电磁波将信号发送到被测位置，然后接收测绘目标的反馈信号，并将先前发送的信号与接收到的信号进行比较，主要需要将被测物体的高度、宽度、距离和物体处于静止或运动状态开展测绘工作。三维激光雷达测绘技术的合理运用能够同时获取三维空间坐标，从而达到同步效果，并通过使用点云处理和建模软件可以得到有效的数字模型，该数字模型具有精度高、速度快等诸多优势，因此其在应用过程中，能够快速得到高精度的三维数字信息。目前三维激光雷达测绘技术主要分为地面三维激光测绘和机载三维激光测绘等。
2激光雷达三维重建
2.1三维重建特点
在社会中的多样工程应用领域内，为了可以针对被测物体实施表面样式重建，经常会应用三维扫描技术测量物体表面数据，从而获得深度图像信息数据，这也是进行三維重建的基础性工作。针对深度图像信息数据实施数字化处理也会对三维重建精度与可行性产生直接影响。因为三维重构中，无法凭借一次定位直接获得所有深度数据信息，为此应该从多种角度入手进行全面测量，随后针对测量不同视图实施数据配准，构成统一坐标系中的三维数据点集合，最后利用模型重建方式针对被测物体生成三维模型。
2.2三维重建过程
通过激光扫描的方法采集深度数据信息，并实施三维重建，具体包括下面几个部分构成。
第一是采集数据信息，即获取场景中的三维数据，通过激光扫描装置实施操作。为了能够得到全面充足的数据信息，需要进行多次扫描，并从多种角度入手收集物体相关数据信息，进一步缩减数据缺失，同时还需要注意到各种问题，像是规划扫描点、选择分辨率、选择扫描数据格式等，其会对数据配准产生一定影响，同时还会帮助后续修补漏洞过程减轻负担。
第二是数据处理，通过激光雷达所采集的数据信息通常存在一定疏漏和噪声，而处理数据是为了填补空缺，消除噪音，准确识别孤立点，为后期数据配准打好基础，一旦噪音过多，便会导致后期数据配准中各个视角下三维深度数据匹配不良的问题，造成严重后果。
第三是数据配准，这也是一项重要环节，为了能够获得完整三维数据，应该从各种视点角度入手对物体进行全方位扫描，但得到的数据都是以当下视点为原点的坐标系中。所以为了将所有的扫描数据集中在统一坐标系中，需要实施数据配准。
第四是数据融合，在将不同视角下扫描得到的数据信息集中到同一坐标系内后，重合部分便会产生几层数据，导致出现数据不一致和数据冗余等问题。针对该种状况便应该立刻除去那些多余重合部分，提高图像一致性。
第五是模型构造，因为激光扫描后所采集的三维深度数据主要是三维点离散坐标为主，也可以被称作是点云，其无法将实际物体表层准确真实地反映出来。通过点云创建三角网格是十分有效的措施，建网后能够获得真实的物体表面。
3测量系统关键技术分析
3.1激光雷达测距
激光测距方法多种多样，结合不同标准，拥有不同分类方法，通常主要是参考工作方式进行分类，具体包括相位法与脉冲法。脉冲激光测距是最早出现的一种测距方法，通常应用于测绘过程中，其主要特征是持续时间短、光脉冲拥有较大的瞬时功率，无需合作目标，直接接收反射信号实施测距。相位激光测距即通过差频与调谐等测相技术，相位差中含有距离信息，能够测量目标距离，和脉冲测距相比，其主要特征是测量间隔时间长，能够提高测量精度，为了保障激光相位测量精度和调谐频率，需要合作目标，即将激光反射装置安设到测量目标上。
3.2激光雷达测角
为了测量三维形貌，测量系统应该重点解决测量角度内容。其主要是通过两种回转轴系统进行操作，分别叫做俯仰轴与方位轴。系统通过两种光电轴角绝对式编码器，测量俯仰角和方位角，水平方向角度测量范围是正负180度，垂直方向的角度测量范围是正负90度。
激光雷达测量角度的过程中，应该率先明确轴角编码器围绕目标的两种轴线，同时轴线之间处于垂直状态，随后使其在正负90度与正负180度范围内以横轴与竖轴为中心进行旋转，采集角度信息。两个轴线连接步进电机，在相应的程序控制下实施测量工作，通过轴角编码器将俯仰角与方位角全部记录下来，结合2〞的测角精度要求，选择20位光电轴角绝对式编码器。
3.3三维形貌测量
激光雷达核心测量工作之一便是对物体在空间中的位置点信息实施准确测量，属于一种球面的坐标系测绘系统，能够针对各点俯仰角、范围角距离实施测量，获得空间点三维坐标。实施距离测量工作中，可以选择调频相干的测距系统，而在对角度测量的过程中，则可以选择光电轴角编码器。对笛卡尔坐标系与球形坐标系实施转换，获得被测点位置的三维坐标系。通过CCD相机采集聚焦光束，实时捕捉目标位置，从计算机装置中准确显示出来。由此能够发现，激光雷达测距和测角来说可以在激光跟踪仪以及微波雷达中发现相似点。
部分条件下，激光雷达还能够有效扩大测量范围。比如部分目标在实际测量过程中，因为位置方面的限制，导致激光雷达不能直接对被测物体的特征信息数据进行有效探测，该种条件下，便可以在物体后方或周围通过高精度的平面反射镜进一步延伸视线范围，扩展空间，通过射光入射至反射镜，并反射至目标表层。如果被测量物体较高或较大的情况下，还可以搭配升降支架联合使用。
3.4激光外差探测
光电测量系统中，还需要实施信号转换，而探测方式种类多样，根据信息来源划分，包括被动探测与主动探测，根据探测目标相对面积划分，包括面探测与点探测。根据信号处理和信号调制方式，可以分成相干探测与模拟探测。根据光波携带信号方式，主要分为外差探测与直接探测。
直接探测即对含有被测件特征信息的光信号进行直接测量，也可以叫做非相干探测，其测量装置十分简便。因为直接探测主要是利用光电效应实施，把回波光功率变成电压或电流，转换中容易丧失相位与频率信息，为此仅能探测光功率，即我们所说的光强。直接探测适合检测强度调谐信息，不会对光波相位信息产生任何影响，单纯对光功率时变信息。
外差探测也可以被叫做光外差探测，是相干探测方式。其结合差频原理，把含有被测物信息的光信号与本振光实施混频，得到一种差频信号，针对信号进行科学处理后，放大信号或实施滤波操作，将其中直流分量完美消除。光外差探测是以混频原理为基础实现，适合调相系统与调频系统。
4结语
综上所述，结合激光雷达的准确性、快速性以及不受外部因素影响等性能，初步构建以激光雷达扫描为基础的三维重建系统。通过激光雷达来采集距离信息数据，并针对被测物体实施三维重建，获得精确的三维模型。
参考文献
[1]吕潮峰.激光雷达三维重建与测量系统关键技术研究[D].上海交通大学.
[2]张欣婷.激光雷达三维形貌测量系统关键技术研究[D].长春理工大学.
关键词：激光雷达;三维重建;测量系统
测量是获取信息的主要方式，同时也是机械制造相关科学领域中关键内容，因为激光自身光速飞行、良好方向性、单色性以及相干性等特征，和传统测量方式相比，激光扫描技术通过深度信息进行三维重建更加方便与准确，在工业定位与测量领域中全面推广开来，获得良好成效。
1三维激光雷达测绘技术的概述
三维激光雷达测绘技术是使用电磁波将信号发送到被测位置，然后接收测绘目标的反馈信号，并将先前发送的信号与接收到的信号进行比较，主要需要将被测物体的高度、宽度、距离和物体处于静止或运动状态开展测绘工作。三维激光雷达测绘技术的合理运用能够同时获取三维空间坐标，从而达到同步效果，并通过使用点云处理和建模软件可以得到有效的数字模型，该数字模型具有精度高、速度快等诸多优势，因此其在应用过程中，能够快速得到高精度的三维数字信息。目前三维激光雷达测绘技术主要分为地面三维激光测绘和机载三维激光测绘等。
2激光雷达三维重建
2.1三维重建特点
在社会中的多样工程应用领域内，为了可以针对被测物体实施表面样式重建，经常会应用三维扫描技术测量物体表面数据，从而获得深度图像信息数据，这也是进行三維重建的基础性工作。针对深度图像信息数据实施数字化处理也会对三维重建精度与可行性产生直接影响。因为三维重构中，无法凭借一次定位直接获得所有深度数据信息，为此应该从多种角度入手进行全面测量，随后针对测量不同视图实施数据配准，构成统一坐标系中的三维数据点集合，最后利用模型重建方式针对被测物体生成三维模型。
2.2三维重建过程
通过激光扫描的方法采集深度数据信息，并实施三维重建，具体包括下面几个部分构成。
第一是采集数据信息，即获取场景中的三维数据，通过激光扫描装置实施操作。为了能够得到全面充足的数据信息，需要进行多次扫描，并从多种角度入手收集物体相关数据信息，进一步缩减数据缺失，同时还需要注意到各种问题，像是规划扫描点、选择分辨率、选择扫描数据格式等，其会对数据配准产生一定影响，同时还会帮助后续修补漏洞过程减轻负担。
第二是数据处理，通过激光雷达所采集的数据信息通常存在一定疏漏和噪声，而处理数据是为了填补空缺，消除噪音，准确识别孤立点，为后期数据配准打好基础，一旦噪音过多，便会导致后期数据配准中各个视角下三维深度数据匹配不良的问题，造成严重后果。
第三是数据配准，这也是一项重要环节，为了能够获得完整三维数据，应该从各种视点角度入手对物体进行全方位扫描，但得到的数据都是以当下视点为原点的坐标系中。所以为了将所有的扫描数据集中在统一坐标系中，需要实施数据配准。
第四是数据融合，在将不同视角下扫描得到的数据信息集中到同一坐标系内后，重合部分便会产生几层数据，导致出现数据不一致和数据冗余等问题。针对该种状况便应该立刻除去那些多余重合部分，提高图像一致性。
第五是模型构造，因为激光扫描后所采集的三维深度数据主要是三维点离散坐标为主，也可以被称作是点云，其无法将实际物体表层准确真实地反映出来。通过点云创建三角网格是十分有效的措施，建网后能够获得真实的物体表面。
3测量系统关键技术分析
3.1激光雷达测距
激光测距方法多种多样，结合不同标准，拥有不同分类方法，通常主要是参考工作方式进行分类，具体包括相位法与脉冲法。脉冲激光测距是最早出现的一种测距方法，通常应用于测绘过程中，其主要特征是持续时间短、光脉冲拥有较大的瞬时功率，无需合作目标，直接接收反射信号实施测距。相位激光测距即通过差频与调谐等测相技术，相位差中含有距离信息，能够测量目标距离，和脉冲测距相比，其主要特征是测量间隔时间长，能够提高测量精度，为了保障激光相位测量精度和调谐频率，需要合作目标，即将激光反射装置安设到测量目标上。
3.2激光雷达测角
为了测量三维形貌，测量系统应该重点解决测量角度内容。其主要是通过两种回转轴系统进行操作，分别叫做俯仰轴与方位轴。系统通过两种光电轴角绝对式编码器，测量俯仰角和方位角，水平方向角度测量范围是正负180度，垂直方向的角度测量范围是正负90度。
激光雷达测量角度的过程中，应该率先明确轴角编码器围绕目标的两种轴线，同时轴线之间处于垂直状态，随后使其在正负90度与正负180度范围内以横轴与竖轴为中心进行旋转，采集角度信息。两个轴线连接步进电机，在相应的程序控制下实施测量工作，通过轴角编码器将俯仰角与方位角全部记录下来，结合2〞的测角精度要求，选择20位光电轴角绝对式编码器。
3.3三维形貌测量
激光雷达核心测量工作之一便是对物体在空间中的位置点信息实施准确测量，属于一种球面的坐标系测绘系统，能够针对各点俯仰角、范围角距离实施测量，获得空间点三维坐标。实施距离测量工作中，可以选择调频相干的测距系统，而在对角度测量的过程中，则可以选择光电轴角编码器。对笛卡尔坐标系与球形坐标系实施转换，获得被测点位置的三维坐标系。通过CCD相机采集聚焦光束，实时捕捉目标位置，从计算机装置中准确显示出来。由此能够发现，激光雷达测距和测角来说可以在激光跟踪仪以及微波雷达中发现相似点。
部分条件下，激光雷达还能够有效扩大测量范围。比如部分目标在实际测量过程中，因为位置方面的限制，导致激光雷达不能直接对被测物体的特征信息数据进行有效探测，该种条件下，便可以在物体后方或周围通过高精度的平面反射镜进一步延伸视线范围，扩展空间，通过射光入射至反射镜，并反射至目标表层。如果被测量物体较高或较大的情况下，还可以搭配升降支架联合使用。
3.4激光外差探测
光电测量系统中，还需要实施信号转换，而探测方式种类多样，根据信息来源划分，包括被动探测与主动探测，根据探测目标相对面积划分，包括面探测与点探测。根据信号处理和信号调制方式，可以分成相干探测与模拟探测。根据光波携带信号方式，主要分为外差探测与直接探测。
直接探测即对含有被测件特征信息的光信号进行直接测量，也可以叫做非相干探测，其测量装置十分简便。因为直接探测主要是利用光电效应实施，把回波光功率变成电压或电流，转换中容易丧失相位与频率信息，为此仅能探测光功率，即我们所说的光强。直接探测适合检测强度调谐信息，不会对光波相位信息产生任何影响，单纯对光功率时变信息。
外差探测也可以被叫做光外差探测，是相干探测方式。其结合差频原理，把含有被测物信息的光信号与本振光实施混频，得到一种差频信号，针对信号进行科学处理后，放大信号或实施滤波操作，将其中直流分量完美消除。光外差探测是以混频原理为基础实现，适合调相系统与调频系统。
4结语
综上所述，结合激光雷达的准确性、快速性以及不受外部因素影响等性能，初步构建以激光雷达扫描为基础的三维重建系统。通过激光雷达来采集距离信息数据，并针对被测物体实施三维重建，获得精确的三维模型。
参考文献
[1]吕潮峰.激光雷达三维重建与测量系统关键技术研究[D].上海交通大学.
[2]张欣婷.激光雷达三维形貌测量系统关键技术研究[D].长春理工大学.