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Sean Higgins 2022年9月20日 阅读时间7分钟

你需要知道的激光雷达扫描仪数据表中的9个术语

规格表的内容十分复杂。让我们来看看九个激光扫描专业人员应该知道的常见术语,为你排解疑惑。

如果你想了解一个移动扫描系统,那你可能已经花费了一两个小时甚至更多的时间查看数据表。其中可能会遇到一两个令人困惑的规格参数。比如你可能会发出疑问“激光等级到底是什么?”,“我对它应该有所了解吗?”

今天,我们本文旨在引导你了解 NavVis VLX 规格表中的一些术语,从而为你揭开激光雷达规格的神秘面纱。我们将解释一些晦涩的规格术语,它们的含义以及对你工作的重要性。

在我们开始之前,需要注意,其他制造商使用的属于可能与 NavVis 略有不同。但本文的信息应该也能帮助你浏览他们的数据表。

让我们开始吧。

 

激光层(Layers)

(有时也称:通道(channels))扫描仪用于采集点云的激光器的数量。NavVis VLX 使用两个激光雷达传感器,每个传感器有16层,共32层。

它对扫描有什么影响呢?

扫描仪使用的激光器越多,捕捉场景的速度就越快,你可以移动它的速度也越快,且不影响它同时进行高分辨率的扫描。

为较为迅速的应用而设计的装置,如在移动的汽车顶部进行扫描,通常使用更多层的激光雷达传感器。这使他们能够在特定的时间内捕获更多点,并确保分辨率可以达到工作所需的高度。对于节奏较慢的扫描应用,如室内测绘,可以用(相对)较少的激光层达到相同的分辨率。VLX-head-blue-4x3

 

点/秒(Points per second)

扫描仪在一秒钟内可以捕获的测量数量。

它对扫描有什么影响呢?

在其他条件相同的情况下,更高的扫描仪可以捕获更密集的点云。但请记住,有时候并不是点/秒数越高越好。只要捕获的点云数量能够满足你预期的应用就够了,更多的点会使你的点云文件更大,处理起来更麻烦。

 

激光等级(Laser class)

表示激光光束对人眼或皮肤的危害程度。根据美国食品和药物管理局(FDA)的指导文件,激光器可以分为四类。

它对扫描有什么影响呢?

该级别为扫描仪的安全使用提供了保障。

几乎所有激光雷达扫描仪都属于激光等级1,这是最安全的级别。他表示扫描仪是完全无害的,你(或路人)可以在眼睛没有任何保护措施的情况下直视它,而不会受到任何负面影响。

激光等级2表示激光对眼睛有一定的刺激性。而激光等级3表示在没有保护眼睛的情况下长时间看激光会造成损害。激光等级4则可以引起火灾,或灼伤眼睛和皮肤。就像科幻小说中的激光武器一样。

 

激光波长(Laser wavelength)

光束中连续的波峰之间的距离(见图)。可见光的波长在400-700纳米(nm)之间,波长决定了你看到的颜色。

激光雷达传感器将倾向于使用~905纳米或~1550纳米的波长,因为这两种波长对人眼来说是不可见的,根据美国食品和药物管理局的规定可以安全使用,并且能够直射数百米。

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它对扫描有什么影响呢?

Velodyne 公司网站上有一篇很好的博客文章(英文),用通俗易懂的语言解释了波长的重要性。但它研究的可能要比你需要的更加深入,因此我们在这里也罗列了要点。

波长的选择对激光器的性能有很大影响。1550纳米的激光更容易被环境中的水吸收,如雾、雨,甚至空气中的湿度。为了解决这个问题,激光器需要使用更大的功率——因此电池寿命会更短。905纳米的激光器的性能不会在那些环境中被影响,而且制造起来也更简单。

 

扫描范围(Range)

激光能够探测到物体的最大(有时是最小)距离。

它对扫描有什么影响呢?

表面上看,它的概念很简单。扫描范围表示你的扫描仪可以扫描到一个物体并且得到可用的结果时,与该物体的距离。

但它并不表示激光扫描仪可以在该距离还能达到规格表上标明的精度水平。严格的测试(和现场经验)表明,激光扫描仪的精度会随着它离物体的距离越远而降低。(除此之外,即使是在恒定的扫描范围内,也会有大量的其他因素影响激光雷达传感器的准确性。这在你谈论移动扫描时尤其适用,因为它将软件的影响也考虑在内。)

虽然扫描范围是一个有用的规格,但它不能作为某个应用能够扫描到的距离的绝对指标。说的更具体一点,你需要用扫描仪在不同的范围和环境中进行一系列严格的现场测试。这将告诉你扫描仪可以你的工作现场捕捉到多远的数据,同时产生符合你需要的质量规格的数据。

幸运的是,NavVis 已经为 NavVis VLX 进行了这样的测试。要了解该设备在不同范围和环境下所能达到的精度,请参见《NavVis VLX 精度白皮书》。

 

防护等级分类(IP Classification)

这一概念存在着一些争议——有些人说这里的IP是 “ingress protection”(入口保护)的缩写,还有人说是“international protection rating”(国际防护等级)的缩写。无论是哪个缩写,它都代表了对电子设备的防护等级的分类,包括防止可能对内部电路造成伤害的灰尘或液体。

它对扫描有什么影响呢?

将电子设备弄湿会造成很大的问题(如果你有过把手机掉水里的经历就知道了)。挑选一个具有正确IP等级的扫描仪可以防止这样心痛的经济损失,因为IP等级能够告诉你在哪些环境中设备可以安全使用。

IP等级的第一位数字代表其抗尘性,第二个数字是其抗液性。

一个专门为恶劣的工作环境(如施工中的建筑工地或潮湿的户外场地)而制造的耐用扫描仪通常的IP等级为54。这表示它有防灰的保护措施,还能防御四面的喷水。具有这种等级的扫描仪往往更加昂贵,而且仅限于在地面使用。

NavVis VLX 拥有42的IP等级,表示它可以抵御厚度大于1毫米的固体物件,并且能防各个方向的水溅。

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精确度

在我们讨论这一规格的含义之前,先简单说明一下:移动扫描仪的精确度规格比你在地面扫描仪上看到的更加细微。这是因为地面扫描仪是在空间的一个固定位置来捕捉点,而移动扫描仪是在移动的同时捕捉点——表示它需要通过 SLAM 算法进行复杂的处理,以正确地计算这些点的位置。

如果你对 SLAM 的概念感到陌生,请查看我们的 SLAM 综合指南

 

相对精度

点云在局部尺度上的准确性。对于移动扫描设备来说,这是在一个单一位置(如房间)上点与点之间的测量精度。

它对扫描有什么影响呢?

该指标在确定扫描设备的可靠性方面非常重要,因为它可以显示测量出房间的尺寸的精确度,这是点云建模(scan-to-BIM) 或生成平面图等应用的重要考虑因素。

 

 

绝对精度

点云在整体尺度上的准确性。对于移动式扫描仪来说,这是扫描仪在两个地点两次捕获的点之间的测量精度。例如,一栋建筑物的两个相对的拐角之间的距离。

它对扫描有什么影响呢?

在确定移动扫描仪的可靠性时,整体精度至关重要,因为它突出了在大型或复杂的测绘项目中由于 SLAM 算法而积累的漂移误差的大小。换句话说,它代表了扫描仪在整个项目中的准确性。

它被称为绝对精度,也因为它表示点云的测量位置与由高阶方法(如测绘,也就是全站仪测量)确定的绝对坐标系中的“真实”位置相比之下的精度。

关于这些术语更详细的定义,以及更多有关 NavVis 如何衡量其扫描仪指标的信息,请参见《NavVis VLX 精度白皮书》。

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Sean Higgins 是一位自由的技术写作专家,曾是贸易出版物编辑,也是户外运动爱好者。他认为清晰的、无流行语的3D技术写作是一项公共服务。