NavVis 博客

你需要知道的激光雷达扫描仪数据表中的9个术语

作者:肖恩-希金斯| 2022年9月20日

规格表很复杂。让我们通过了解每个激光扫描专业人员都应该知道的九个常用术语来消除任何混淆。

如果您正在寻找移动扫描 系统,您可能已经花了一两个多小时仔细阅读数据表。在这个过程中,你可能会遇到一两个令人困惑的规格。"你可能会问自己:"激光等级到底是什么?"......我为什么要关心这个?

今天,我们的目标是通过向您介绍NavVis VLX 规格表中的一些术语,为您揭开激光雷达规格的神秘面纱。我们将解释比较晦涩难懂的规格、它们的含义,以及为什么它们对您的工作很重要(或不重要)。

在开始之前,请注意其他制造商使用的术语可能与NavVis 略有不同。但是,您在这里学到的知识应该也能帮助您浏览它们的数据表。

让我们开始吧。

 

激光层(Layers)

(有时也称为:通道)。扫描仪用于捕捉点云的激光器数量。NavVis VLX 使用两个激光雷达传感器,每个传感器 16 层,共 32 层。

这有什么关系?

扫描仪使用的激光越多,捕捉场景的速度就越快。在实现高分辨率的同时,移动速度也越快。

为更快节奏的应用(如从行驶的汽车顶部进行测绘)而设计的设备使用层数更多的激光雷达传感器。这使它们能够在一定时间内捕捉到更多的点,并确保足够高的分辨率以满足预期用途。而用于慢速应用(如室内测绘)的扫描仪则可以用(相对)较少的层数达到相同的分辨率。

 

每秒点数

扫描仪在一秒钟内可以捕获的测量数量。

这有什么关系?

在其他条件相同的情况下,每秒点数 越多,说明扫描仪捕捉到的点云越密集。但请记住,每秒点数 并不总是越多越好。一旦云中有足够的点来满足您的预期应用,采集更多的点会使点云变得更大,处理起来也更繁重。

 

激光等级

表示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,激光可分为四个等级。

这有什么关系?

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使用 1 级激光,这是最安全的级别。这意味着扫描仪完全无害,您(或路人)无需任何护眼措施就可以直视扫描仪,不会受到任何负面影响。

到了 2 级,激光开始刺激眼睛。到了 3 级,在没有护眼设备的情况下长时间观看激光会对眼睛造成伤害。4 级激光可导致火灾、灼伤眼睛或皮肤。想想科幻小说中的激光束。

 

激光波长

光束中连续波峰之间的距离(见图)。可见光的波长 在 400-700 纳米(nm)之间,波长 决定了您看到的颜色。

激光雷达传感器倾向于使用 ~905 纳米或 ~1550 纳米的波长,这两种波长都是人眼不可见的,根据美国食品及药物管理局的规定可以安全使用,并能传播数百米。

这有什么关系?

Velodyne 有一篇很棒的博文,用浅显易懂的语言解释了波长的重要性。不过,这篇文章的深度可能超出了您的需要,因此,以下是其要点。

波长 的选择对激光器的性能有很大影响。1550 nm 波长的激光更容易被环境中的水(如雾、雨,甚至空气中的湿度)吸收。为了解决这个问题,激光器需要使用更多的功率,这意味着电池寿命会缩短。905 nm 激光器在这些条件下不会降低性能,而且制造起来更简单。

 

扫描范围(Range)

激光能够探测到物体的最大(有时是最小)距离。

这有什么关系?

表面上看,这很简单:范围表示扫描仪与物体之间仍能返回可用结果的距离。

但是,不要以为这个数字就代表了激光扫描仪能够捕捉到的距离,并且仍然能够达到规格表上标明的精度水平。严格的测试(和现场经验)会表明,激光扫描仪的精确度会随着距离物体越远而越低。(除此之外,还有大量其他因素会影响激光雷达传感器的精度,即使是在恒定的范围内。尤其是 移动扫描 的情况下,软件的作用更为明显)。

尽管测距范围是一个有用的参数,但您不应该依赖它来绝对衡量特定应用中可以采集到多远的距离。要做到精确,您需要使用扫描仪在不同范围和不同环境下进行一系列严格的现场测试。这将向您展示扫描仪在您的工作现场能采集到多远的距离,并返回符合您所需质量规格的数据。

好消息是,NavVis 已经为NavVis VLX 进行了此类测试。要了解该设备在不同范围和不同环境下所能达到的精度,请参阅NavVis VLX 精度白皮书

 

防护等级分类(IP Classification)

有人说它代表进气保护,也有人说它代表国际保护等级。无论哪种说法,它都对电子设备的保护等级进行了分类,以防止灰尘或液体侵入,对内部电路造成伤害。

这有什么关系?

电子设备受潮会带来很大的问题(如果您曾将手机掉进水池中,就会明白这一点)。选择一款具有正确 IP 防护等级的扫描仪,可以避免您的投资遭遇这种心痛,因为 IP 防护等级为扫描仪可以安全应对的环境提供了可靠的指导。

IP 等级的第一位数字表示防尘能力,第二位数字表示防液体能力。

专为恶劣环境(如活跃的建筑工地或潮湿的户外场地)设计的加固型扫描仪通常具有 54 的 IP 防护等级。这意味着它具有一定的防尘功能,并能防止来自任何方向的水柱。具有这种等级的扫描仪往往比较昂贵,而且仅限于地面使用。

NavVis VLX 它的 IP 防护等级为 42,这意味着它能抵御 1 毫米以上的固体物体,并能抵御来自任何方向的溅水。

 

准确率

在我们开始讨论术语之前,请注意:移动扫描仪的精度规格比地面扫描仪的精度规格更细微一些。这是因为地面扫描仪是从空间的固定位置捕捉点的,而移动扫描仪是在您移动时捕捉点的,这意味着它需要通过SLAM 算法进行大量处理,才能将点正确放置在空间中。

如果您对SLAM 还不了解,请点击这里查看我们的综合指南

 

相对精度

点云在局部范围内的精度。对于移动扫描仪来说,这是指房间等单个位置上点与点之间的测量精度。

这有什么关系?

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

全球范围内点云的精度。对于移动扫描仪而言,这是指扫描仪未在单一位置捕捉到的两个点之间的测量精度。例如,建筑物对角之间的距离。

这有什么关系?

整体精度 在确定移动扫描仪的可靠性时至关重要,因为它能突出显示在大型或复杂的制图项目中由于SLAM 而累积的漂移 误差量。换句话说,它表明扫描仪在整个项目中的准确性。

它也被称为绝对精度,因为它表示的是点云测量结果与其在绝对坐标系中的 "真实 "位置相比的精度,而绝对坐标系是由更高阶的方法(如测量,即全站仪测量)确定的。

有关这些术语的更精确定义以及NavVis 如何测量其扫描仪这一指标的更多详情,请参阅NavVis VLX Accuracy White Paper

肖恩·希金斯 (Sean Higgins) 是一位独立的技术作家、前贸易出版物编辑和户外运动爱好者。他认为,关于3D技术的清晰、无流行语的写作是一项公共服务。