三维扫描是集光、机、电和计算机技术于一体的高新技术 ， 主要用于对物体空间外形和结构进行扫描 ， 以获得物体表面的空间坐标 。
目前三维扫描技术在文物、建筑、电商行业等都得到了成功的应用 ， 非接触式三维扫描作为三维扫描技术其中一个很重要的分支 ， 具有检测速度快、无需接触实物等特点 ， 能够直接将大型复杂的、不规则的物体三维点云数据采集到电脑中 ， 快速重构出所需的三维模型 ， 取得良好效果 。
但是釆用非接触式三维扫描仪进行扫描研究的过程中 ， 会因仪器误差、物体自身因素误差和测量误差等造成测量结果不准确 ， 从而使制造出的零件不准确 ， 不能用于装配 ， 所以找到误差的具体方向并降低误差值 ， 使三维扫描技术向高精度、简单易操作的方向发展 ， 是未来重点需要关注的地方 。
三维激光扫描仪的测量原理 普通非接触式三维扫描仪 ， 需要用到的主要硬件包括：工业相机；光源；标定板；三脚架；云台 。
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三维激光扫描测量的原理是光学三角形法：利用具有规则几何形状的激光源投影到被测表面上 ， 形成的漫反射图像在安置于空间某一位置的图像传感器成像 ， 按照三角形原理 ， 即可测出被测点的空间坐标 。
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三维扫描的流程 扫描系统的工作过程主要是：投影仪对被测物体投射光源 ， 工业相机经过内、外参数设置后将连续拍摄的图片传输给电脑 ， 电脑接收到点云数据后进行格式转换并保存 。
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▲ 三维扫描流程如图所示
影响激光扫描测量精度的因素 影响激光扫描测量精度的因素很多 ， 分硬件、软件以及系统误差三方面 。
硬件方面 ， 包括平台、摄像机、激光器等 。 这种误差主要是由于设备本身制造精度 ， 零部件的老化破损等机械结构引起的误差 ， 因此最好的解决办法是更换提升硬件产品的产品性能 。
软件方面 ， 影响激光扫描测量精度法人因素包含：被测物面表面特征不平整、激光扫描线中心提取、点云数据处理及模型重构误差等因素 。
1) 被测物体表面特征对测量精度的影响
被测物体表面的粗糙度、颜色、材质、倾斜角度影响激光扫描线的成像 ， 是测量精度的重要因素 。 研究表明颜色浅的物体测量数据偏大 ， 颜色深的物体测量数据会偏小 ， 颜色越深对测量结果的影响越大 。
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▲ 点击查看三维模型
2)激光扫描线中心提取对测量精度的影响
线激光发生器发出的激光有一定发散角 ， 随着物面的景深、倾斜角度不同 ， 激光扫描线图像的带宽是变化的 ， 明暗度也在变化；此外 ， 激光发生器发出的经过透镜 ， 其能量分布不均匀 ， 也会产生测量误差 。
3)点云数据处理及模型重构误差
扫描得到点云数据后 ， 点云数据处理及模型重构过程也会给最终的模型带来误差 。 误差的来源包括第一点云数据对齐带来的误差 。 由于扫描多个视图的数据后需要进行对齐 ， 当没有足够的对齐信息时 ， 软件在对齐数据时可能产生偏差 。 这就要求扫描时要得到足够的重合数据 ， 一般能保证数据的重合部分有三个定标点即可 。
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【误差|3D技术应用丨非接触式三维扫描如何提升测量精度？】其次点数据精简也会带来误差 。 有时候为了后续处理方便 ， 会对庞大的数据进行精简 ， 这时 ， 精简掉的数据将会损失部分精度 ， 所以在实际的操作过程中精简数据量要适中 ， 一般控制在不超过原始数据量的50% 。
系统误差方面 ， 一般包括三种：扫描设备制造误差、人为以及环境因素 。
扫描过程不可避免的会带来误差 ， 由于不同扫描设备本身的设置制造精度、老化程度不一样 ， 在应用过程中会导致扫描的数据存在一定的误差 。
人为误差是指操作者由于经验 ， 误操作等因素引起的误差 ， 如设备校准等操作不合适等 。
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此外 ， 扫描精度还受到环境的影响 ， 这也是引起误差的一个主要来源 。 在实际测量环境中的温度、光线等都会影响到测量的精度 。 针对这种情况 ， 可以采取以下措施来尽量减少误差 。
1)测量金属件等反光强的模型可以喷显影剂 ， 减少模型的反光 。
2)测量时避免环境光线的变化 ， 如采用白光测量 ， 则建议在较暗的环境中 ， 还有尽量避免测量区域内人员走动等 。
3）人为误差 ， 比如手持式激光三维扫描仪 ， 釆用手持式扫描方法 ， 扫描时手部的抖动 ， 技术人员移动不合理也会导致测量误差的加大 。 扫描时尽量避免手部上下抖动 ， 移动速度较缓慢且要均匀 。
一般来说扫描过程有诸多引起误差的因素 ， 要遵守操纵规范 ， 调整合适的扫描参数 ， 把误差降到最低程度 。
非接触式三维扫描仪能够快速地获取物体的三维点云数据 ， 利用建模软件的数据合并、特征提取和曲面拟合等功能进行数据处理 ， 重建物体的三维模型 ， 具有精度高、速度快的优点 。
随着测量技术的不断发展 ， 非接触式三维扫描仪在工程、文博、电商等领域的应用日趋广泛 。 通过对非接触式三维扫描系统扫描精度的研究 ， 希望能在实践中更好地满足高精度、高效率以及适合各种曲面的数字化应用需求 ， 帮助更多的用户实现数字化改革 。
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