1　三维激光扫描基本原理

三维激光扫描测量是基于点云扫描的原理。激光发射器发出激光束经过反光镜（三角形的第一个角点）发射到目标上，形成反光点（三角形的第二个角点），然后通过CCD（电荷耦合器件图像传感器，Charge-Coupled Device，简称CCD）（三角形的第三个角点）接受目标上的反光点，最后，基于两个角度及一个三角底边计算出目标的景深距离（Y坐标），再经过激光束移动的反光点的位移角度差及Y坐标等计算出Z、X坐标，见图1。反光镜的作用在于将激光束进行水平偏转，以便实现激光某一方向的扫描测绘功能。扫描仪主体本身的周向自旋转功能可以实现纵向扫描，每当扫描一个周期后，扫描仪主机将步进一次，以便进行第二次扫描，如此同步下去，最终实现对所有空间的扫描过程。每扫描一个点云后，CCD将点云信息转化成数字电信号并直接传送给计算机系统进行计算，进而得到被测点的三维坐标数据。扫描仪采用自动的、实时的、自适应的激光束聚焦技术（在不同的视距中），以保证每个扫描点云的测距精度及位置精度足够高。根据目标大小及精度要求，可以把不同视点采集的点云信息经过拼接处理后合并到同一个坐标系中，合并办法是通过多个定标球或配准等方法来完成的（见图1）。

图1　三维激光扫描坐标系图

然后，采用扫描软件将复杂实体或实景重建三维数据及模型，主要是获取目标的线、面、体、空间等三维实测数据并进行高精度的三维逆向建模。