1.
3D laserové skenování - teorie
Úvod Laserové skenovací systémy umož ují bezkontaktní ur ování prostorových sou adnic, 3D modelování a vizualizaci staveb, konstrukcí, interiér , podzemních prostor, terén i drobn jších p edm t . Naskenovaný objekt m že být p íslušným softwarem zobrazen jako mra no bod , z n hož lze vytvo it 3D model, který lze jakkoli upravovat a dotvá et v CAD systému. Je nutné si ovšem uv domit, že i tato metoda mé svá fyzikální a technologická omezení, která mohou m ení znehodnotit. Mezi nejv tší výhody laserového skenování pat í: • automatický a systematický sb r bod • vysoká hustota t chto bod a rychlost jejich zam ení (statisíce bod za sekundu) • výpo ty sou adnic v reálném ase (b hem m ení, nebo hned po n m) • n které skenery dokáží k 3D sou adnicím bodu p i adit i hodnotu odrazivosti skenovaného povrchu V praxi se používá p edevším t chto druh 3D skener : • statické, pevn fixované na míst (p . na výrobních linkách kontrolují kvalitu) • mobilní systémy umis ované na stativy pro m ení na krátké a st ední vzdálenosti • systémy leteckého skenování pro topografické aplikace Z hlediska použité technologie lze laserové skenery rozd lit: • triangula ní 3D skenery (laboratorní, p enosné) • laserové skenovací systémy dálkom rné (stacionární, mobilní, letecké) Laserové skenovací systémy našly uplatn ní v mnoha oborech lidské innosti jako je nap íklad stavebnictví, fotogrammetrie, topografie, dálkový pr zkum Zem , dokumentace památkových objekt , archeologie, strojírenský pr mysl a mnoha dalších.
Principy innosti laserových skener Laserové skenery s m ením délek (ranging scanners) Systémy založené na impulsním dálkom ru
Laserový impuls je vyslán sm rem na m ený objekt a vzdálenost mezi vysíla em a povrchem objektu je spo ítána z asu který ub hne mezi vysláním a p ijetím signálu. Jelikož je rychlost elektromagnetických vln 3*108 m*s-1 , je tranzitní as malý, nap . pro délku 30 m je tranzitní as jen 2*107 s, jsou tedy kladeny vysoké nároky na p esnost m ení tranzitního asu. (Tento princip m ení délek je dob e znám z elektronických dálkom r a n které motorizované totální stanice lze naprogramovat jako skenovací za ízení.) St ední chyba m ení t chto skener se pohybuje ádov v milimetrech a odvíjí se také od p esnosti úhlového ur ení laserového paprsku.
Systémy založené na fázovém dálkom ru
Tato metoda je také dob e známá z elektronických dálkom r . V tomto p ípad je vysílaný signál modulován harmonickým vln ním a vzdálenost se spo ítá z fázového rozdílu vyslaného a p ijatého signálu. Z uživatelského hlediska se tato metoda p íliš neliší od impulsní. Snad podstatn jším rozdílem m že být omezen jší dosah, protože je nutné p ijímat kvalitní signál, což m že mít za následek více špatných nebo nekvalitních bod .
Systémy založené na frekven ním dálkom ru
Pon kud mén používaná, ale také známá dálkom rná metoda. Principem frekven ního dálkom ru je ur ení zázn je vynikajícího jako produkt skládání asov posunutých frekven n modulovaných vln.
Principy laserových skener
Triangula ní skenery S jednou kamerou
Tento typ skeneru má na jedné stran základny za ízení emitující laserové zá ení, které vytvá í na objektu stopu bodovou, nebo, pomocí vhodného optického prvku tvo ícího laserovou rovinu, stopu árovou. Na druhé stran základny je umíst na CCD kamera, která detekuje stopu laseru na objektu. Sou adnice respektive vzdálenost se vypo te ešením trojúhelníka. P esnost takového systému závisí p edevším na vzdálenosti od základny, kterou není v tšinou možno m nit, proto se uplatní p edevším na malé vzdálenosti a na malé p edm ty.
Triangula ní skener s jednou kamerou
S dv ma kamerami
P i tomto ešení je na každém konci základny po jedné CCD kame e. Detekuje se stopa laserového paprsku, který vysílá zvláštní projektor, který však nemá žádnou m ící funkci. Detekována nemusí být jen laserová stopa, ale i pruhy i jiný strukturovaný vzor. P i výpo tu polohy bod se vychází op t z ešení trojúhelníka. Dosahuje se stejné p esnosti jako v p ípad s jednou kamerou a rovn ž použití je stejné.
Triangula ní skener s dv ma kamerami
P esnost 3D skener
2.
3D laserové skenování – sb r dat
2.1
Callidus 1.1
Skenovací systém Callidus 1.1 je produktem n mecké firmy CALLIDUS Precision Systems. Jedná se o panoramatický 3D laserový skener sestávající z m ící hlavy, stativu a p enosného pracovního po íta e. M ená data jsou v první fázi zpracována programem 3D-Extractor.
Skenovací systém Callidus 1.1
Popis M ící hlava
M ící hlava obsahuje pulsní laserový skener 1. t ídy, CCD kameru, sníma sklonu, elektronický kompas a ídící po íta . Skenovat lze je-li upevn na na stativu, ale i je li postavena na jiné pevné podložce, k tomu slouží stavitelné noži ky. Na m ící hlav je adaptér na m ické odrazné hranoly. CCD kamerou je možné po ídit panoramatické obrazy skenované oblasti.
Stativ
Jako masivní stativ systému Callidus je použit stativ ur ený p vodn pro filmovou kameru. Jedná se o velice stabilní a variabilní t ínohý stativ s možností p ipevn ní kole ek, nebo gumových nástavc .
P enosný po íta
Po íta systému Callidus je v podstat notebook vybavený UPS za ízením v nárazuvzdorném a po así odolávajícím kuf íku. Napájen m že být v rozsahu 12 – 32 V AC, nebo 150 – 230 V DC. S m ící hlavou je spojen silným kabelem (dodávají se dv délky), sloužícím jak k jejímu napájení, tak i k p enosu dat. Pod opera ním systémem Windows 98 SE je zde nejd ležit jším programem Laser Me. Systém (LMS), kterým je nastavováno a ovládáno samotné m ení.
LMS - Hlavní menu
2.2
Skenování
Veškerá nastavení skeneru se provád jí v programu LMS. Nejprve se v záložce Parameters nastaví adresá a název skenu, p ípadn ješt n která další nastavení jako zda se bude m it na hranoly, zda m it intenzitu apod. Poté v záložce Scanning nastavíme parametry samotného skenování. Rozsah skenování je kolem svislé osy 360° a kolem vodorovné osy 180°. Velikost kroku vodorovného posunu (1) je 0.0625°, 0.125°, 0.25°, 0.5° a 1.0°. Velikost kroku svislého posunu (2) je 0.25°, 0.5° a 1.0°. Nastavuje se též pracovní dosah a z n j vyplývající ádová p esnost m ení (3). Do 32 m m í s milimetrovou p esností, do 80 m s centimetrovou p esností, do 100 m v decimetrech. Je možnost nastavit po et m ení délky v každém bod (4) a hranici za kterou již m ení není zaznamenáno (5). Rozsah skenování ve vodorovném sm ru (6) lze též nastavit Pokud je nastaveno, že v zájmové oblasti jsou odrazné hranoly, skener je dokáže sám identifikovat. Digitální kamerou s dvanáctinásobným zoomem jsou po izovány panoramatické obrázky, jejichž parametry je také možno m nit. N které hodnoty je možné libovoln m nit i b hem m ení.
LMS – Scanning
3.
3D laserové skenování – zpracování nam ených dat
3.1
3D-EXTRACTOR
Import m ených dat -
menu: FILE – IMPORT MEASUREMENT ozna ení mra na bod
Export do textového formátu -
3.2
menu: FILE - EXPORT MEASURED POINTS – EXPORT SELECTED POINTS [nastavení parametr importu v menu: FILE – IMPORT SETTINGS, nastavení param. exportu v menu: FILE – EXPORT MEASURED POINTS – POINT EXPORT SETTINGS ]
REALWORKS
Založení nového projektu -
automaticky se spušt ním programu
Import textového souboru mra en bod z 3D-extractoru -
otev ení souboru, menu: FILE – OPEN – surveynig network files nastavení parametr souboru: jednotky [m], odd lova e [,] následující soubory otev ete stejným zp sobem
Spojení sken z jednotlivých stanovisek – REGISTRACE -
spojení otev ených projekt do jednoho [zvýrazn te v tabulce „list“ p es CTRL nebo SHIFT všechny projekty] menu: FILE – ADVANCED – MERGE PROJECTS
-
registrace = spojení sken zvolte si referen ní sken, k n mu budou p ipojeny zbývající menu: TOOLS – REFERENCING – CLOUD BASED REFERENCING [vždy pro 2 skeny, v nabídce vyberte referen ní a p ipojovaný sken, dialog: „3POINTS“, ozna te v jednotlivých mra nech 3 páry identických bod = p ibližné spojení, lze zp esnit „REFINE“, v dialogu je udána chyba spojení]
-
vizuální kontrola spojení [ikona “display cloud” pro každý sken] uložení protokolu o registraci [ikona “entity based registration report” v horní lišt ]
Operace s mra nem bod – segmentace, z ed ní, mesh, rendering -
o išt ní mra na od nežádoucích bod – SEGMENTACE [ikona “segmentation” v hor. lišt ] umíst te výb rový polygon a pr. tl. myši zvolte „IN“ nebo „OUT“ p i zavírání funkce segmentation budete tázání na uložení „o ezaného“ mra na, uložte (objeví se jako nový objekt v tabulce „list“ v levé lišt )
-
3.3
z ed ní mra na bod – SAMPLING [ikona “sampling” v hor. lišt ] z nabízených možností vyberte „spatial sampling“ – definováno minimální vzdáleností bod mra na, zadejte hodnotu 10mm. p i zavírání funkce budete op t tázání na uložení „z ed ného“ mra na, uložte (objeví se jako nový objekt v tabulce „list“)
-
tvorba trojúhelníkové sít pro zaplochování – MESH [ikona “mesh creation tool” v hor. lišt ] [dialog: „projection“: zvolte druh projekce, doporu ujeme „ no projection“] op t p i zavírání funkce uložte jako objekt mesh je možné ješt upravovat [ikona „mesh editing tool“ v hor. lišt ]
-
zaplochování – RENDERING rendering je proveden automaticky p epnutím zobrazování mra na bod [ikona “shapes rendering” v hor. lišt ]
3DIPSOS
Otev ení projektu z RealWorks -
menu: FILE – OPEN [typ souboru: Realworks format]
Segmentace -
o ezejte pomocí výb rového polygonu [ikona „elastic filter“ v levé lišt - n žky] požadovanou ást mra na (kopule a válcová st na observato e) vytvo te nové LP (List of Points) – LP terénu, LP kopule a LP st ny [levá ikona s šipkou v levé lišt ]
Prostorové modelování -
menu: FITTING – CYLINDER – WITHOUT CONSTRAINT dialog: vyberte p íslušné LP (LP válcové st ny) menu: FITTING – SPHERE – PASSING THROUGH AN AXIS dialog: vyberte LP kopule a jako „entity axis“ zvolte LP st ny menu: FITTING – PLANE – WITHOUT CONSTRAINT dialog: vyberte p íslušné LP (LP terénu)
-
vzájemné o ezání t les – pr nik ploch - BOUNDING menu: BOUNDING – EC BOUNDED BY ECS (vždy pro 2 t lesa) dialog: zvolte nabízené entity, jež chcete protnout, dále „designing line“ dle sm ru o íznutí kliknutím do plochy
Export do DXF -
-
menu: FILE – EXPORT – AUTOCAD – DXF zadejte adresu a jméno souboru dialog: zvolte z nabízených t les „GER“, nastavte jednotky na metry, „output optionsentities output“
