Tìm hiểu về Nguyên lý hoạt động của Quét Laser 3D

Quét 3D laser là việc sử dụng công nghệ không tiếp xúc để chụp quét một bề mặt. Nhiều ngành công nghiệp đã ứng dụng máy quét 3D laser để làm cho công việc được tối ưu hóa hơn. Bên cạnh đó, quét 3D laser mang lại nhiều tiện lợi hơn so với hầu hết các phương pháp truyền thống. Vậy quy trình quét 3D laser hoạt động như thế nào? Hãy cùng Đất Hợp tìm hiểu trong bài viết dưới đây!

Quét Laser 3D là gì?

Quét Laser 3D là một phương pháp được sử dụng để ghi lại những số đo cụ thể của một đối tượng vật lý thông qua sử dụng công nghệ không tiếp xúc để ghi lại thông tin bằng ánh sáng laser. Quét Laser 3D có khả năng giúp chuyển đổi dữ liệu thu được thành một mô hình 3D số hóa.

Quét Laser 3D là một phương án lý tưởng để ứng dụng vào công tác kiểm tra đường biên của các bề mặt hoăc cấu trúc phức tạp. Do đó, công nghệ này ngày càng được sử dụng phổ biến trong các lĩnh vực môi trường, xây dựng.

Ngoài ra, cũng có nhiều ngành công nghiệp khác nhau ưa chuộng việc sử dụng thiết bị Laser 3D để đáp ứng cho những công việc có tính chất đòi hỏi sự chính xác và tốc độ nhanh chóng và được sử dụng như một công cụ đắc lực giúp công việc trở nên dễ dàng hơn.

Nguyên lý hoạt động của Quét Laser 3D

Quá trình quét Laser 3D cần phải sử dụng một thiết bị chiếu điểm laser và một camera.

Quét Laser 3D dựa trên nguyên lý của bài toán trắc địa nghịch để thực hiện. Có nghĩa là cho 2 điểm đã có tọa độ Decarter, từ đó tính ra được khoảng cách và góc phương vi giữa 2 điểm đó. Cụ thể trong trường hợp quét Laser 3D này là từ điểm ngắm ở camera, xác định tọa độ của nhiều điểm trên vật thể và dùng các công thức để tính toán khoảng cách và hướng của điểm để giải bài toán hình học 3D.

Hình 1. Nguyên lý hoạt động của quy trình quét Laser 3D lên một điểm địa vật.

Khoảng cách cơ bản giữa máy ảnh và chấm laser được ký hiệu là d, ϕ là góc của camera và θ là góc của tia laser hợp giữa trục thẳng đứng với đường nối chúng. Chung quy lại, các biến là các tham số đã biết của quy trình này (đối với máy ảnh lỗ kim) là:

Trường nhìn của camera (góc, FOV).
Độ phân giải khung máy ảnh, tức là chiều rộng khung hình w và chiều cao khung hình h.
Cấu trúc liên kết tương đối của vị trí đặt, tức là góc của máy ảnh và tia laze ϕ và θ và khoảng cách giữa chúng (d).
Giá trị chính của tiêu cự máy ảnh có thể được suy ra từ các thông số đã biết:

Bài toán trắc địa nghịch dựa trên định luật hình Sin, có nghĩa là nếu các cạnh của một tam giác bất kì là a, b, c và đỉnh đối diện với các cạnh đó là A, B, C thì:

Trong đó, R là bán kính của đường tròn ngoại tiếp tam giác.

Liên hệ đến quy trình quét laser, phương trình (2) trở thành:

Trong cấu trúc này, bài toán trở thành một bài toán hình học cổ điển và dễ dàng giải được:

và như vậy, khoảng cách từ máy ảnh là:

Biến duy nhất chưa biết ở đây là góc dϕdϕ, có thể dễ dàng ước lượng bằng công thức lượng giác:

Trong thực tế, sẽ thuận tiện hơn khi ước lượng tọa độ X, Y, Z của điểm được phát hiện thay vì khoảng cách của nó từ máy ảnh tt. Điều này có thể đạt được nếu thay vì làm việc với khoảng cách ss, chúng ta ước tính các góc trong trục XX và trục YY một cách riêng biệt. Khái niệm được mô tả bằng đồ thị trong Hình 2, trong đó góc phát hiện dϕdϕ được biểu thị bằng hai góc tương đối với một trục, tức là dϕX đối với X và dϕY đối với Y.

Hình 2. Cách tiếp cận thực tế hơn để ước tính tọa độ chưa biết của một điểm.

Ước lượng các góc này tương đương với ước lượng dϕdϕ trong công thức (6). Các phương trình cuối cùng là:

Nhớ rằng:

Ta có:

Vì vậy, các góc ở phía đối tượng bằng các góc ở phía hình ảnh

Từ dạng hình học của bài toán và phương trình (5) ta có:

Nhìn chung, chúng ta có thể sử dụng phương trình (6) để tính góc dϕdϕ bằng cách sử dụng tất cả các tham số đã biết, sau đó áp dụng vào phương trình (11) để ước tính tọa độ Z và sử dụng phương trình (10) để tính toán các tọa độ X, Y còn lại.

Ví dụ thực tế về bài toán trắc địa nghịch

Trong chuỗi hình ảnh dưới đây, một phần của chuỗi quét được thể hiện (Hình 3). Thiết bị laser chiếu một đường lên đối tượng cần quét và một hình ảnh được chụp chung máy ảnh tại thời điểm đó. Sau đó, ánh sáng laser sẽ xử lý từng pixel để suy ra hình dạng của các đối tượng (Hình 4)

Hình 3 (1-6): Chuỗi hình ảnh liên tiếp từ tập dữ liệu thực nghiệm. Đường màu xanh là hình ảnh của tia laser lên vật thể

Hình 4: Kết quả của quá trình số hóa (đám mây điểm) tại các khoảng thời gian khác nhau.

Nguyên lý hoạt động của quét Laser 3D tương đối phức tạp, thế nhưng nhờ có công nghệ tiên tiến cùng những thiết bị ưu việt này mà các công việc được tối ưu hóa, tiết kiệm thời gian mà vẫn đảm bảo được độ chính xác cao. Trong các dòng sản phẩm thiết bị quét Laser 3D trên thị trường hiện nay, hãng Trimble là đơn vị cung cấp thiết bị hiện đại, công nghệ cao, đáng tin cậy như Trimble X7, Trimble SX12, Trimble MX50,… Nếu có bất kỳ thắc mắc nào về công nghệ quét Laser 3D hay có nhu cầu tìm kiếm một giải pháp, thiết bị quét 3D uy tín, chất lượng nhất, hãy liên hệ ngay đến Công ty TNHH Đất Hợp qua HOTLINE 0903 825 125 để được tư vấn, hỗ trợ nhanh chóng nhất!

>>>Xem thêm: Quét Laser 3D có lợi ích gì trong xây dựng?

Mọi thông tin xin vui lòng liên hệ: