3d测量

什么是三维（3D）测量

三维测量，即3d测量，是指对被测物进行全方位测量，确定被测物的三维坐标测量数据。三维测量可定义为“一种具有可作三个方向移动的探测器，可在三个相互垂直的导轨上移动，此探测器以接触或非接触等方式传送讯号，三个轴的位移测量系统 经数据处理器或计算机等计算出工件的各点坐标(X、Y、Z)及各项功能的测量”。 三维测量的测量功能应包括尺寸精度、定位精度、几何精度及轮廓精度等。

3d测量原理分为测距、角位移、扫描、定向四个方面。根据三维技术原理研发的仪器包括拍照式（结构光）三维扫描仪、激光三维扫描仪和三坐标测量机三种测量仪器。

三维测量分类

三维数据测量即对物体的三维数据进行测量，根据三维数据测量采用的原理或媒介的不同可以将其分为两大类：接触式测量和非接触式测量。接触式测量是在测量时与被测物体相接触的测量方法；非接触式测量则指在测量时与被测物体不接触的测量方法。非接触式测量可以分为反射式测量和穿透式测量。

1、接触式测量

a、非破坏式测量

坐标测量机和机械测量臂是接触非破坏式测量的代表。

坐标测量机(CMM)是较早应用于三维测量的工具，目前CMM仍是工厂的标准立体测量装备。它将一个探针装在3自由度(或更多自由度)的伺服装置上，驱动探针沿三个方向移动。当探针接触物体表面时，测量其在三个方向的移动，就可知道物体表面这一点的三维坐标。控制探针在物体表面移动和触碰，可以完成整个表面的三维测量。其优点是测量精度高，缺点是价格昂贵，物体形状复杂时的控制复杂、速度慢。

b、破坏式测量

切片式测量是接触破坏式测量的代表。该方法通过将物体切削获取物体截面的数据，并将截面数据组合而得到物体的三维数据。此方法不但可以获取物体外围三维数据而且可以获取物体内部的三维数据。该方法的缺点是会对被测物体造成性损坏，并且对物体的切削需要精密设备。前不久国内的“数字化可视人”项目就是将人体标本切削成2518个连续横断面切片，通过这些断面获取人体的三维数据。

2、非接触式测量

a、反射式测量

反射式测量分为：光学测量和非光学测量。

（1）非光学测量向被测物体表面发出各种波，依据波的反射时间或相位变化，可以推算物体表面的空间位置，如早期的雷达声纳测距等。但由于早期技术限制只能估算物体的方位和大概距离。近些年来借助雷达测距器原理，发展了利用激光或超声波等为媒介的测量方法。由于对信号和时间的精确测量比较困难，因此难以对小尺寸的物体测量。

（2）光学测量是目前三维数据测量研究的主要方向之一，其分类情况如图2所示。光学测量分为主动式和被动式两种。

被动三维测量采用非结构照明方式，从一个或多个摄像系统获取的二维图像中确定距离信息，从而形成三维面形数据。

b、穿透式测量

计算机断层摄影术(Computer tomography, CT)属于穿透式测量法。在工业CT中，让X射线穿越物体然后检测在各个不同的方向穿越物体过后的射线强度。利用这些不同方向上的投影数据，就可以重建高清晰度的物体断面图像。这种透射方式相对于反射方式主要有以下一些优点：它不易受物体表面反射特性的影响，能够获得从外部不可见的物体内腔形体信息。工业CT扫描仪的主要缺点有：CT造价很高，物质密度的大变化(例如粘着木头的金属)会降低精确度，因为使用放射性物质，所以具有潜在的危险。

3D测量的应用

（1）建筑、古迹测量方面：建筑物内部及外观的测量保真、古迹（古建筑、雕像等）的保护测量、文物修复，古建筑测量、资料保存等古迹保护，遗址测绘，赝品成像，现场虚拟模型，现场保护性影像记录。

（2）测绘工程领域：大坝和电站基础地形测量、公路测绘，铁路测绘，河道测绘，桥梁、建筑物地基等测绘、隧道的检测及变形监测、大坝的变形监测、隧道地下工程结构、测量矿山及体积计算。

（3）结构测量方面：桥梁改扩建工程、桥梁结构测量、结构检测、监测、几何尺寸测量、空间位置冲突测量、空间面积、体积测量、三维高保真建模、海上平台、测量造船厂、电厂、化工厂等大型工业企业内部设备的测量；管道、线路测量、各类机械制造安装。

（4）紧急服务业：反恐怖主义，陆地侦察和攻击测绘，监视，移动侦察，灾害估计，交通事故正射图，犯罪现场正射图，森林火灾监控，滑坡泥石流预警，灾害预警和现场监测，核泄露监测。

（5）娱乐业：用于电影产品的设计，为电影演员和场景进行的设计，3D游戏的开发，虚拟博物馆，虚拟旅游指导，人工成像，场景虚拟，现场虚拟。