Quét 3D laser là việc sử dụng công nghệ không tiếp xúc để chụp quét một bề mặt. Nhiều ngành công nghiệp sử dụng máy quét 3D laser để làm cho công việc trở nên dễ dàng hơn vì quét 3D mang lại nhiều tiện lợi hơn so với hầu hết các phương pháp truyền thống.

Quét 3D laser là gì?

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

Quét 3D là một quy tình lý tưởng để kiểm tra đường biên của các bề mặt hoăc cấu trúc phức tạp nên thường được sử dụng trong các lĩnh vực môi trường, xây dựng. Nhiều ngành công nghiệp khác nhau cũng sử dụng công cụ quét 3D laser để đáp ứng cho tính chất công việc, sử dụng nó như một công cụ khiến công việc trở nên dễ dàng hơn và hiệu quả cao hơn.

Nguyên lý hoạt động của quá trình quét 3D laser

Quét 3D laser sử dụng một thiết bị chiếu điểm laser và một Camera.

Quét 3D laser dựa trên nguyên lý của bài toán trắc địa nghịch để thực hiện, tức 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 này là từ điểm ngắm ở Camera, xác định tọa độ của nhiều điểm trên vật thể, dùng công thức để tính toán khoảng cách và hướng của điểm để giải bài toán hình học 3D.

Nguyên lý hoạt động của quét 3D laser lên một điểm địa vật

Hình 1. Nguyên lý hoạt động của quét 3D laser 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 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:

Giá trị chính của tiêu cự máy ảnh có thể được suy ra từ các thông số đã biết

Bài toán tắc 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:

Bài toán tắc 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 th

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:

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:

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:

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:

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.

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

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:

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

Nhớ rằng:

Giá trị chính của tiêu cự máy ảnh có thể được suy ra từ các thông số đã biết

Ta có:

Giá trị chính của tiêu cự máy ảnh có thể được suy ra từ các thông số đã biết

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

Giá trị chính của tiêu cự máy ảnh có thể được suy ra từ các thông số đã biết

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

Giá trị chính của tiêu cự máy ảnh có thể được suy ra từ các thông số đã biết

Nhìn chung, có thể sử dụng phương trình (6) để tính góc dϕdϕ bằng cácg 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.

Một ví dụ thực tế về bài toán trắc địa nghịch với máy quét 3D laser

Trong các 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).

Chuỗi hình ảnh liên tiếp từ tập dữ liệu thực nghiệm. Đường màu xanh là hình ảnh của tia laser lên vật thể.

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.

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

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

Quét 3D laser là một quy trình phức tạp, tuy nhiên nó được đơn giản hóa hơn nhiều cho người sử dụng nhờ vào các thiết bị quét 3D laser tiên tiến, trong số đó phải kể đến các thiết bị quét 3D laser hãng Trimble, ví dụ Trimble X7, Trimble SX12, Trimble MX50… Để được tư vấn chi tiết về thiết bị cũng như các giải pháp quét 3D tiến tiến phù hợp với nhu cầu, hãy liên hệ ngay cho chúng tôi – Công ty TNHH Đất Hợp qua HOTLINE 0903 825 125 để được hỗ trợ nhanh nhất!

>>> Xem thêm: Đất hợp chuyển giao Công nghệ 3D Laser Scaning cho PECC2 để thực hiện dự án Scan-to-Bim đầu tiên

Mọi thông tin xin vui lòng liên hệ:

Untitled 1 01 01

CÔNG TY TNHH ĐẤT HỢP
Địa chỉ: Số 2, Đường số 4, Khu nhà ở Vạn Phúc 1, P. Hiệp Bình Phước, TP. Thủ Đức, TP. HCM
Tel: (028).3.6208.606
Mobile: 0903 825 125
Email: cskh@dathop.com.vn
Website: https://dathop.com/  –  https://dathop.com.vn/
Fanpage: https://www.facebook.com/congtydathop