三維激光掃描技術(shù)近年來在測繪領(lǐng)域掀起了新的技術(shù)變革。其通過快速的采集實(shí)體三維數(shù)據(jù)信息從而建立虛擬世界的三維數(shù)字模型，將傳統(tǒng)的實(shí)體測量轉(zhuǎn)變?yōu)槿S數(shù)字模型上的測量，實(shí)現(xiàn)了對測繪思路的一種轉(zhuǎn)變。
01 三維掃描之蘋果LiDAR激光雷達(dá)：
激光雷達(dá)（Light Detection and Ranging,LiDAR）是一種主動(dòng)式、通過捕獲目標(biāo)的散射光來獲取相關(guān)目標(biāo)信息的光學(xué)遙感技術(shù)。Radar（Radio Detection and Ranging，RaDAR）和Lidar的主要區(qū)別在于，前者以無線電為載體，后者以激光為載體，兩者本質(zhì)上還是依據(jù)雷達(dá)原理，由于激光的相干性好、方向性好、單色性好、亮度高的特點(diǎn)，探測精度要比普通雷達(dá)高很多。
主要用途
1.與相機(jī)結(jié)合，提高相機(jī)對焦精度和速度
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2.通過主動(dòng)探測構(gòu)建深度信息，完成對周圍環(huán)境的AR建模計(jì)算
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作為消費(fèi)級產(chǎn)品，最為被大眾熟知，觸手可及的三維掃描應(yīng)用，但其缺點(diǎn)非常明顯：由于集成度較高，探測精度只有厘米量級，稍高的為毫米級。
02 手持式3D激光掃描儀
在工業(yè)生產(chǎn)中，對產(chǎn)品的精度有著更高的要求，傳統(tǒng)的精度檢測在檢測效率和精度上已經(jīng)逐漸達(dá)不到一些前沿行業(yè)的要求，因此手持式激光3D掃描技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。手持式激光掃描儀，以其機(jī)身小巧便捷，精度高（通常到20-50um量級），掃描速度快，具備自定位功能，可隨時(shí)調(diào)整掃描姿態(tài)來完成掃描。在工業(yè)設(shè)計(jì)、質(zhì)量檢測、文物保護(hù)、逆向工程等方面有著廣泛應(yīng)用。
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原理上，一個(gè)完整的手持激光掃描系統(tǒng)主要包括信息輸入、數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理輸出設(shè)備三大部分。信息輸入部分包括CCD攝像機(jī)、激光掃描系統(tǒng)。
手持激光掃描儀在測距時(shí)采用的原理是激光三角測距法，根據(jù)后方交會(huì)、前方交會(huì)定點(diǎn)原理，被測目標(biāo)結(jié)合由CCD攝像機(jī)所形成的圖像平面，利用這兩者構(gòu)成的三角形即可完成測量。
測距原理
三維激光掃描儀測距技術(shù)的原理主要有相位測距法、脈沖測距法、三角測距法、脈沖-相位式測距法四種。由于三角測距法精度較高，掃描速度快的特點(diǎn)，被應(yīng)用于手持式激光掃描儀測距中。
斜射式激光三角法光路圖
上圖是斜射式激光三角法的光路圖。激光器軸線與被測表面的法線成一定角度，往被測物表面發(fā)射一束激光，激光照射點(diǎn)為P，經(jīng)過漫反射和透鏡Q的匯聚作用，激光在感光芯片上匯聚成一個(gè)光斑，光斑位置為D。被測物表面位移y后，激光入射角度保持一樣，激光照射物體表面的位置變?yōu)镻'，在感光芯片上匯聚光斑位置隨著物體表面位置改變而改變，此時(shí)的位置為D'。分別過P和D點(diǎn)作P’Q延長線上的垂線，交于P’Q于S1和S2點(diǎn)利用相似三角形的性質(zhì)，可以求得（1）：
由于（2）:
將（2）代入（1）得到：
該式表示為被測物體的表面遠(yuǎn)離激光器時(shí)的高度信息，當(dāng)被測物體靠近激光器時(shí)，表達(dá)式為：
自定位功能
手持激光掃描儀強(qiáng)大的自定位功能使得作業(yè)人員在使用其采集數(shù)據(jù)時(shí)可靈活地調(diào)整掃描儀姿態(tài)從而高效地完成掃描,尤其是掃描對象上一些不太容易掃描的區(qū)域,這獨(dú)特的優(yōu)勢使得手持激光掃描儀在工業(yè)測量以及質(zhì)量檢測中得到越來越廣泛的應(yīng)用。利用手持激光掃描儀去掃描目標(biāo)對象采集數(shù)據(jù)時(shí)，可以實(shí)時(shí)測量出貼在掃描對象上的標(biāo)志點(diǎn)在掃描儀坐標(biāo)系統(tǒng)中的坐標(biāo)。手持激光掃描儀就是根據(jù)這些實(shí)時(shí)捕捉獲取的標(biāo)志點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)對掃描物體掃描表面所有點(diǎn)的定位,從而完成點(diǎn)云數(shù)據(jù)的掃描獲取。并且利用掃描點(diǎn)的坐標(biāo)實(shí)時(shí)生成三角格網(wǎng)渲染成3D模型，靈活地根據(jù)測量過程中的需要去進(jìn)行翻轉(zhuǎn)、移動(dòng)等等操作。
要實(shí)現(xiàn)手持激光掃描儀的自定位功能，最重要的是匹配算法。自定位功能其實(shí)質(zhì)是把手持掃描儀掃描采集的數(shù)據(jù)點(diǎn)坐標(biāo)跟在世界坐標(biāo)系下的標(biāo)志點(diǎn)坐標(biāo)統(tǒng)一，實(shí)現(xiàn)多幅圖像上的標(biāo)志點(diǎn)拼接。所以必須把一個(gè)圖像內(nèi)的參考點(diǎn)和傳感器中儲(chǔ)存的對應(yīng)點(diǎn)配對來計(jì)算當(dāng)前圖像和全局參考圖像的轉(zhuǎn)換矩陣。
03 手持式激光3D掃描儀行業(yè)概覽
工業(yè)領(lǐng)域三維掃描儀發(fā)展迅猛，其三維測量精度和速度，將極大的改變工業(yè)制造業(yè)的產(chǎn)品生產(chǎn)方式并影響產(chǎn)品的質(zhì)量水平。這一點(diǎn)，在3C制造、汽車制造、高端精密設(shè)備、航天航空領(lǐng)域等尤為突出，三維測量和逆向工程設(shè)計(jì)需求旺盛對設(shè)備的技術(shù)迭代提出新挑戰(zhàn)。未來，手持式激光三維掃描儀重復(fù)精度邁向10um以下會(huì)是趨勢，同時(shí)，可靠性和易用性將會(huì)是廠商之間競爭的重點(diǎn)。這也對行業(yè)上下游器件如結(jié)構(gòu)光激光器、相機(jī)及鏡頭模組等提出更高要求。目前，相機(jī)模組普遍超過500萬像素，結(jié)構(gòu)光激光器采用多線、多波長和多景深模式，正是豐富的設(shè)計(jì)選擇，使得手持式三維掃描儀市場處于一個(gè)你追我趕的局面。
當(dāng)前，這些領(lǐng)域技術(shù)迭代和市場推廣正如火如荼，國內(nèi)外廠商在算法、用戶體驗(yàn)上不斷推陳出新。國內(nèi)廠商們在核心技術(shù)競爭力上日益提升，不容小覷，又將是中國工業(yè)細(xì)分領(lǐng)域參與全球競爭的一張群體名片！
文末是國內(nèi)外手持激光掃描儀知名廠商：
國內(nèi)：
中觀自動(dòng)化：https://www.zg-3d.com/
華朗三維：http://www.3dscan.cn/
先臨三維：https://www.shining3d.cn/
思看科技：https://www.sikantech.com/
天遠(yuǎn)三維：https://www.3dscan.com.cn/
惟景三維：http://www.vision3dtech.com/
航達(dá)青云：http://www.hardray.com/
迅恒三維：http://www.xhcv.com.cn/
國外：
Nikon：https://www.nikon-instruments.com.cn
FARO：https://www.faro.com/zh-CN
CREAFORM:https://www.creaform3d.com.cn/zh
GOM：https://www.gom.com/
參考文獻(xiàn)：
基于激光三角測距法的三維重建系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究_高恩浩
激光三角法測距系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究_余文杰
手持激光掃描儀測量精度評定方法研究_田柳
知乎：如何評價(jià)蘋果新iPad Pro上的激光雷達(dá)掃描儀（LiDAR）？- 甜草莓的回答 - 知乎 https://www.zhihu.com/question/380712767/answer/1450577451