三维激光扫描技术近年来在测绘领域掀起了新的技术变革。其通过快速的采集实体三维数据信息从而建立虚拟世界的三维数字模型，将传统的实体测量转变为三维数字模型上的测量，实现了对测绘思路的一种转变。

01 三维扫描之苹果LiDAR激光雷达

激光雷达（Light Detection and Ranging,LiDAR）是一种主动式、通过捕获目标的散射光来获取相关目标信息的光学遥感技术。Radar（Radio Detection and Ranging，RaDAR）和Lidar的主要区别在于，前者以无线电为载体，后者以激光为载体，两者本质上还是依据雷达原理，由于激光的相干性好、方向性好、单色性好、亮度高的特点，探测精度要比普通雷达高很多。

主要用途

1.与相机结合，提高相机对焦精度和速度

                               图片来源于知乎@甜草莓

2.通过主动探测构建深度信息，完成对周围环境的AR建模计算

                                   图片来源于bilibili

作为消费级产品，最为被大众熟知，触手可及的三维扫描应用，但其缺点非常明显：由于集成度较高，探测精度只有厘米量级，稍高的为毫米级。

02 手持式3D激光扫描仪

在工业生产中，对产品的精度有着更高的要求，传统的精度检测在检测效率和精度上已经逐渐达不到一些前沿行业的要求，因此手持式激光3D扫描技术应运而生。手持式激光扫描仪，以其机身小巧便捷，精度高（通常到20-50um量级），扫描速度快，具备自定位功能，可随时调整扫描姿态来完成扫描。在工业设计、质量检测、文物保护、逆向工程等方面有着广泛应用。

                                                图片来源于中观

原理上，一个完整的手持激光扫描系统主要包括信息输入、数据采集和数据处理输出设备三大部分。信息输入部分包括CCD摄像机、激光扫描系统。

手持激光扫描仪在测距时采用的原理是激光三角测距法，根据后方交会、前方交会定点原理，被测目标结合由CCD摄像机所形成的图像平面，利用这两者构成的三角形即可完成测量。

测距原理

三维激光扫描仪测距技术的原理主要有相位测距法、脉冲测距法、三角测距法、脉冲-相位式测距法四种。由于三角测距法精度较高，扫描速度快的特点，被应用于手持式激光扫描仪测距中。

               斜射式激光三角法光路图

上图是斜射式激光三角法的光路图。激光器轴线与被测表面的法线成一定角度，往被测物表面发射一束激光，激光照射点为P，经过漫反射和透镜Q的汇聚作用，激光在感光芯片上汇聚成一个光斑，光斑位置为D。被测物表面位移y后，激光入射角度保持一样，激光照射物体表面的位置变为P'，在感光芯片上汇聚光斑位置随着物体表面位置改变而改变，此时的位置为D'。分别过P和D点作P’Q延长线上的垂线，交于P’Q于S1和S2点利用相似三角形的性质，可以求得（1）：

由于（2）:

将（2）代入（1）得到：

该式表示为被测物体的表面远离激光器时的高度信息，当被测物体靠近激光器时，表达式为：

自定位功能

手持激光扫描仪强大的自定位功能使得作业人员在使用其采集数据时可灵活地调整扫描仪姿态从而高效地完成扫描,尤其是扫描对象上一些不太容易扫描的区域,这独特的优势使得手持激光扫描仪在工业测量以及质量检测中得到越来越广泛的应用。利用手持激光扫描仪去扫描目标对象采集数据时，可以实时测量出贴在扫描对象上的标志点在扫描仪坐标系统中的坐标。手持激光扫描仪就是根据这些实时捕捉获取的标志点来实现对扫描物体扫描表面所有点的定位,从而完成点云数据的扫描获取。并且利用扫描点的坐标实时生成三角格网渲染成3D模型，灵活地根据测量过程中的需要去进行翻转、移动等等操作。

要实现手持激光扫描仪的自定位功能，最重要的是匹配算法。自定位功能其实质是把手持扫描仪扫描采集的数据点坐标跟在世界坐标系下的标志点坐标统一，实现多幅图像上的标志点拼接。所以必须把一个图像内的参考点和传感器中储存的对应点配对来计算当前图像和全局参考图像的转换矩阵。

03 手持式激光3D扫描仪行业概览

工业领域三维扫描仪发展迅猛，其三维测量精度和速度，将极大的改变工业制造业的产品生产方式并影响产品的质量水平。这一点，在3C制造、汽车制造、高端精密设备、航天航空领域等尤为突出，三维测量和逆向工程设计需求旺盛对设备的技术迭代提出新挑战。未来，手持式激光三维扫描仪重复精度迈向10um以下会是趋势，同时，可靠性和易用性将会是厂商之间竞争的重点。这也对行业上下游器件如结构光激光器、相机及镜头模组等提出更高要求。目前，相机模组普遍超过500万像素，结构光激光器采用多线、多波长和多景深模式，正是丰富的设计选择，使得手持式三维扫描仪市场处于一个你追我赶的局面。

当前，这些领域技术迭代和市场推广正如火如荼，国内外厂商在算法、用户体验上不断推陈出新。国内厂商们在核心技术竞争力上日益提升，不容小觑，又将是中国工业细分领域参与全球竞争的一张群体名片！

文末是国内外手持激光扫描仪知名厂商：

国内：

中观自动化：https://www.zg-3d.com/

华朗三维：http://www.3dscan.cn/

先临三维：https://www.shining3d.cn/

思看科技：https://www.sikantech.com/

天远三维：https://www.3dscan.com.cn/

惟景三维：http://www.vision3dtech.com/

航达青云：http://www.hardray.com/

迅恒三维：http://www.xhcv.com.cn/

国外：

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/

参考文献：

基于激光三角测距法的三维重建系统的设计与研究_高恩浩

激光三角法测距系统的设计与研究_余文杰

手持激光扫描仪测量精度评定方法研究_田柳 (1)

知乎：如何评价苹果新iPad Pro上的激光雷达扫描仪（LiDAR）？- 甜草莓的回答 - 知乎 https://www.zhihu.com/question/380712767/answer/1450577451