1 Laserscan-Aufnahmeverfahren
Digitale Messverfahren können nur eine diskrete Anzahl von Messwerten unserer Umwelt
aufnehmen. Aus dem Grund, dass im Laufe der Zeit die Messinstrumente immer präziser werden,
wird auch die Menge der aufgenommenen Messdaten sehr viel größer. Um aus solch großen
Datenmengen überhaupt noch Erkenntnisse zu erlangen, ist es mehr denn je nötig, diese Daten am
Rechner zu visualisieren.
Der Prozess der 3D-Visualisierung von großen Datenmengen beansprucht eine enorme
Rechenleistung. Um solche Datenmengen auch auf nicht so leistungsfähigen Rechnern, wie z.B.
Laptops, darstellen zu können, ist es deshalb nötig die Datenmenge zu reduzieren, ohne dabei
grundlegende Details zu verlieren.
Gerade im Bereich des Laserscannings ist dies von großer Bedeutung, da hier große redundante
Datenmengen anfallen, aber die gescannten Objekte auch mobil, z.B. direkt nach dem Scan,
betrachtet werden sollen.
1.1 3D-Laser Scanner
3D-Laserscanner stellen mittlerweile in vielen Bereichen das Grundwerkzeug zur Vermessung und
Analyse von realen Objekten und Umgebungen dar. Solche Scanner ermöglichen über die
Aussendung eines Laserlichtstrahls Form- und Strukturdaten, sowie auch Daten über die äußere
Erscheinung (Farbe etc.) von nahezu beliebigen Objekten aufzunehmen.
Die hauptsächlichen Einsatzgebiete von Laserscannern sind:
·
Vermessung (Landschaften, Gebäude, etc.)
·
Denkmalschutz für historische Gebäude und Artefakte
·
Architektur (Konstruktion / Rekonstruktion)
·
Aufnahme von Objekten und Personen für 3D-Filme und PC-Spiele
·
Spurensicherung / Forensik / Unfallforschung
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Die auf dem Markt erhältlichen Scanner arbeiten, je nach Anwendungsgebiet, mit ganz
unterschiedlichen Technologien:
Impulslaufzeitmessung: Misst die Zeitdifferenz zwischen Aussendung und Empfang eines
kurzen Laserlichtpulses und bestimmt daraus die Entfernung zum Objekt.
Phasenlaufzeitmessung: Hier wird ein kontinuierlicher Laserstrahl ausgesandt. Die
Amplitude des ausgesandten Laserstrahls wird mit mehreren sinusförmigen Wellen
unterschiedlicher Wellenlänge moduliert. Der entstehende zeitliche Abstand des
empfangenen Signals gegenüber dem gesendeten Signal ist eine Folge der Entfernung zum
Objekt. Bei gleichzeitiger Betrachtung der Phasenlage des gesendeten und des empfangenen
Signals ergibt sich eine Phasendifferenz, die die Bestimmung des Objektabstandes erlaubt.
[WIKI_SCAN2]
Lichtschnitttriangulation: Bei dieser Methode wird eine Lichtschicht (generiert z.B. durch
einen über eine Zylinderlinse aufgeweiteten Laserstrahl) auf die Oberfläche projiziert und
von einer Kamera unter einem Triangulationswinkel abgebildet. Bei durch ein geeignetes
Kalibrierverfahren gegebener Aufnahme- und Projektionsgeometrie kann damit ein
dreidimensionales Profil auf dem Objekt berechnet werden. [PHOTOGRAM]
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