Teorie fungování laserových skenovacích systémů

Prezentace na téma: "Teorie fungování laserových skenovacích systémů"— Transkript prezentace:

1 Teorie fungování laserových skenovacích systémů
Osnova : 0. Úvod do skenování Základní typy skenerů Základní postup měření a vyhodnocení Vlivy působící na skenování Porovnání s existujícími metodami měření Závěr

2 Skenování : 0. Úvod do skenování
- neselektivní určování prostorových souřadnic objektu a jejich ukládání do paměti, - provádí se pomocí skeneru, automaticky podle nastavených parametrů, - je řízeno počítačem, - výsledkem je tzv. mračno bodů.

3 Hlavní znaky : 0. Úvod do skenování
- neselektivní určování 3d souřadnic, - obrovská množství bodů (mračna), řádově miliony, - velká rychlost měření, např bodů/ sekundu, - nutná nová forma zpracování, zvláště pro geodety.

4 Dělení podle principu měření :
1. Základní typy skenerů Dělení podle principu měření :

5 Polární skener : 1. Základní typy skenerů
- z hlediska principu se jedná o totální stanici s bezhranolovým dálkoměrem (nikoli provedením), - dálkoměr na principu měření tranzitního času nebo fázového rozdílu.

6 Skener se základnou - jednokamerový :
1. Základní typy skenerů Skener se základnou - jednokamerový : - Souřadnice jsou určovány na základě „protínání z úhlů“ ze základny.

7 Skener se základnou - dvoukamerový :
1. Základní typy skenerů Skener se základnou - dvoukamerový : - Souřadnice jsou určovány na základě „protínání z úhlů“ ze základny, projektor slouží jen k označení bodů.

8 Dělení podle zorného pole :
1. Základní typy skenerů Dělení podle zorného pole : - kamerový panoramatický

9 Dělení podle dosahu,přesnosti a rychlosti skenování :
1. Základní typy skenerů Dělení podle dosahu,přesnosti a rychlosti skenování : - platí, že čím kratší standardní vzdálenost skenování, tím vyšší přesnost. Podle dosahu : - systémy s velmi krátkým dosahem D1 (0,1m až 2m), - systémy s krátkým dosahem D2 (2m až 10 m), - systémy se středním dosahem D3 (10 m až 100 m), - systémy s dlouhým dosahem D4 (100 m až stovky m) Podle přesnosti : - s vysokou přesností P1 (0,01 mm až 1 mm), - s přesností P2 (0,5 mm až 2 mm), - s přesností P3 (2 mm až 6 mm ), - s přesností P4 (10 mm až 100 mm).

10 1. Základní typy skenerů Podle rychlosti : - systémy s velmi vysokou rychlostí R1 (více jak bodů za sekundu), - systémy s  vysokou rychlostí R2 (1 000m až bodů za sekundu), - systémy se střední rychlostí R3 (10 až bodů za sekundu), - systémy s nízkou rychlostí R4 (do 10 bodů za sekundu) Nízkou rychlostí měří totální stanice se skenovacím modulem.

11 Dělení podle dosahu a přesnosti :
1. Základní typy skenerů Dělení podle dosahu a přesnosti : Základnový skener D1, P1 Polární skener D4, P4 Polární skener D3, P3 Základnový skener D2, P2

12 2. Základní postup měření a vyhodnocení
0. Rekognoskace měřeného prostoru. Volba stanovisek pro skenování (kamerový x panoramatický). Signalizace a zaměření vlícovacích bodů (pokud je třeba). Skenování. Vstupní úpravy mračen bodů, spojování jednotlivých skenů. Zpracování měření - aproximace objektů matematickými primitivy (rovina, koule, válec, atd …), - modelování s využitím mnoha plošek (tzv. meshing). 6. Vizualizace (přiřazení barev, materiálů, skutečných barev) a další využití.

13 Poznámka k vlícovacím bodům :
2. Základní postup měření a vyhodnocení Poznámka k vlícovacím bodům : Různí výrobci využívají různé typy signálů pro vlícovací body. Příkladem mohou být kulové fy Mensi, či reflexní fy. Leica (možnost vyhledání v sw).

14 Poznámka ke spojování skenů :
2. Základní postup měření a vyhodnocení Poznámka ke spojování skenů : Lze provézt transformací s využitím vlícovacích bodů, ale lze také s využitím sofistikovaných a výpočetně náročných algoritmů spojovat mračna bodů, která mají vzájemný překryt, bez vlícovacích bodů, na základě korelace. Úloha je velmi složitá, měřené body obecně nejsou totožné. Většina současných softwarů tuto operaci nějakým způsobem zvládá, avšak přesnost je velmi závislá na velikosti překrytu a také na jeho členitosti, v některých případech algoritmus selhává.

15 3. Vlivy působící na skenování
Vlivy působící na množství vráceného signálu vliv geometrie měřeného objektu, vliv povrchu měřeného objektu. Vlivy působící na přesnost měření - Přesnost určení délky, Přesnost určení úhlů. Vlivy zpracování vlícovací body (+spojování skenů); aproximace při zpracování

16 3. Vlivy působící na skenování
Vliv geometrie měřeného objektu

17 3. Vlivy působící na skenování
Vliv povrchu měřeného objektu Na kvalitě vráceného dálkoměrného signálu se podílejí úhel dopadu a fyzikální vlastnosti povrchu, reflektivita, pohltivost a propustnost. Je-li celková intenzita dopadajícího záření E, intenzita odraženého záření R, pohlceného záření A a propuštěného záření P, pak platí: Pro reflektivitu ρ, pohltivost α a propustnost π platí:

18 3. Vlivy působící na skenování
pro měření délek je důležitá pouze ta část záření, která je odražena zpět ke skeneru a dopadá na přijímací senzor dálkoměru rozlišujeme několik základních typů povrchů podle tvaru jejich diagramu reflektivity a) difúzní (sádra, křída..) b) zrcadlový (stříbro) c) rýhovaný (odrazná folie) nejvhodnější difúzní povrch s vysokou odrazivostí – světlý materiál s drsným povrchem (vůči použité vlnové délce)

19 3. Vlivy působící na skenování
Vliv povrchu měřeného objektu MATERIÁL REFLEKTIVITA / % Bílý papír do 100% Stavební dřevo (borovice, čistá, suchá) 94% Sníh 80-90% Bílé zdivo 85% Jíl, vápenec do 75% Potištěný novinový papír 69% Listnaté stromy typ. 60% Jehličnaté stromy typ. 30% Plážový, pouštní písek typ. 50% Hladký beton 24% Asfalt s oblázky 17% Láva 8% Černý neoprén 5%

20 3. Vlivy působící na skenování
Vliv povrchu měřeného objektu Byly testovány lesklé barvy, matné barvy, smirkové papíry, kovy, kameny a cihly. Jednotlivé typy povrchů o rozměrech 200 mm x 200 mm byly umístěny do roviny na několika deskách vyrobených z dřevotřísky a potažených bílým laminem. Barvy byly na desky naneseny, kovové plechy a smirkové papíry byly na desky nalepeny a kamenné dlaždice a cihly byly zapuštěny do otvorů, které byly do desek vyříznuty. Povrchy byly zaměřeny pod těmito úhly dopadu: 0; 30; 50; 55; 75; 90 gon ve vzdálenostech 15 m a 25 m od skeneru. Pro každý úhel dopadu a vzdálenost byly pořízeny tři mračna bodů v hustotě 5 mm x 5 mm. Při vyhodnocení byl určen procentně počet bodů, které dopadly na měřený povrch vůči teoretickému počtu bodů, který měl být na povrchu zaměřen. Dále byla každým měřeným povrchem proložena rovina a určeny směrodatné odchylky sN :

21 3. Vlivy působící na skenování Vliv povrchu měřeného objektu
Úhel dopadu [gon] Počet bodů % sN [m] černá lesklá barva 4658 100 0,0019 30 2726 68 0,0032 50 238 8 0,0025 55 84 3 0,0031 75 1 90 24 0,0007 matná 4692 0,0016 4090 0,0026 2159 70 0,0027 1360 0,0029 Povrch Úhel dopadu [gon] Počet bodů % sN [m] gabro Impala 4903 100 0,0021 30 4299 0,0020 50 3364 0,0017 55 3231 0,0016 75 1774 0,0011 90 158 22 0,0012 Smirek 80 4231 0,0019 3884 0,0022 3025 0,0018 2725 1620 765 0,0007

22 4. Porovnání s existujícími metodami měření
Nejbližší metoda je fotogrammetrie, vzhledem k složitému vyhodnocení zpracování podle testů stejné zakázky trvá srovnatelnou dobu. S kvalitním skenerem je však práce v běžných podmínkách (např. stavba) přesnější, naopak vybavení je nepoměrně dražší.

23 + - 5. Závěr Skenování je : rychlé,
„levné“ (vyjma počátečních výdajů), přesné (v porovnání s fotogrammetrií), Moderní. Problémy skenování : - stále trpí problémem automatizace vyhodnocení, není to všelék, v mnoha případech je vhodnější využít starší metody.