Tipos de medición en el escaner láser 3d terrestre

Tipos de medición en el escaner láser 3d terrestre

Ya que sabemos en qué se basa el escáner láser, podremos abordar los tres tipos de medición más utilizados:

  • Medición basada en la triangulación
  • Medición basada en el tiempo de vuelo, usado para grandes distancias.
  • Medición basada en la fase, usado en escaneos de alta precisión en distancias más cortas.
  • Lightning. Combinación de escaneo basado en fase y tiempo de vuelo.

 

Aunque esta entrada va a ser un tanto dura, merece la pena entender los conceptos básicos que que se van a mostrar.

Medición láser 3D basada en la triangulación

Algo tan básico como la trigonometría es la base de este sistema. Tendremos que darle las gracias a Thales por establecer los fundamentos matemáticos del triángulo.

 

Instalamos un emisor láser y una cámara para localizar la proyección del haz láser proyectado. Ambos tienen un ángulo constante entre ellos y por tanto podremos saber el resto de los lados que conforman el triángulo y por tanto la distancia del objeto escaneado.

Por tanto para aplicar esta metodología necesitamos un láser de línea, una o más cámaras y el software de triangulación al caso. Teniendo la cámara en un ángulo específico respecto del láser y gracias a la variación de la orientación del láser, el sotware podrá reconstruirnos la deseada nube de puntos.

Aquí en ingenio-triana.blogspot nos enseñan como hacernos nuestro propio escaner 3d.

Medición basada en el tiempo de vuelo

 

Sabemos que las ondas de luz viajan con una velocidad finita y constante. Podemos medir el tiempo que tarda un haz de luz en llegar a un objeto y reflejarse. Será tan sencillo como multiplicar la velocidad de la luz en el aire por el tiempo de vuelo y dividirlo por 2.

Esto supone que para tener capacidad de precisión de 1 mm y teniendo en cuenta que la luz viaja en el vacío a 299.792.458 m/s, se requiere una tecnología para medir  intervalos de tiempo de 3,33 picosegundos (billonésimo o un millonésimo de un millonésimo de un segundo o 0.000 000 000 001 segundos).

En estos sistemas, la medición se hace por pulsos y no por barridos. El láser irá midiendo punto a punto y hará el barrido moviendo el emisor. De aquí la limitación de que el sensor no puede emitir otro pulso hasta que no reciba el anterior.

Estos escáneres tienen ventaja en la medición de largas distancias.

Medición basada en diferencia de fase

Esta alternativa consiste en modular la potencia del haz láser. El haz se modula en amplitud y midiendo la diferencia de fase entre las ondas enviadas y recibidas, se obtiene la demora.

En las versiones avanzadas de láser basado en fase, se superponen varias longitudes de ondas diferentes. La longitud de onda larga define la distancia con unicidad y la longitud de onda corta define la precisión que puede obtenerse.

Este tipo de medición aporta mayor velocidad y mayor resolución que los basados en tiempo de vuelo, aunque pierden precisión.

Lightning

Aunque no es una tecnología «raíz», he considerado interesante introducir la tecnología patentada por Trimble. Esto nos da una visión del mercado actual en tecnología láser.

En general, los láseres actuales se han basado en las dos tecnologías antes comentaas. Esto es, escáneres 3d basado en tiempo de vuelo y escáneres 3d basados cambio de fase. Como hemos visto, los escáneres 3d basados en cambio de fase están asociados a escaneos 3d de corta distancia y velocidades de escaneo mayores y de hasta un millón de puntos por segundo. Por el contrario, un escáner láser 3d basado en tiempo de vuelo se asocia en escenarios de mayores distancias. En estos se requieren unas precisiones más consistentes en todo el rango de escaneo pero a cambio se pierde algo de velocidad.

Trimble a día de hoy presume de la patente Trimble Lightning, combinando los beneficios de ambas tecnologías. De este modo, presumen de escanear de 500.000 a 1.000.000 de puntos por segundo con la misma precisión de < 2 mm en todo el rango de escaneo.


 

 



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