摘 要： 手持式三维激光扫描仪适合建立高精度的模型，建立的模型常常被作为文物复制和修复的基准，被广泛应用于文物保护中。以 VIUSCAN 为例介绍了手持式三维激光扫描仪的特点和测量原理，对手持式激光扫描仪在文物逆向重建中的应用进行详细的阐述，通过与传统激光扫描仪对比分析，验证手持式三维激光扫描仪在文物保护中的优势。并提出了解决手持式三维激光扫描仪在文物三维重建中问题的有效措施。
　　
　　关键词： 手持式三维激光扫描仪；文物保护；模型精度。
　　
　　1 引言

      随着三维激光扫描技术的发展， 三维激光扫描仪的扫描精度、 扫描速度和扫描设备的便携程度不断提高， 手持式三维激光扫描仪的出现， 给文物保护领域提供了一种新的解决方法。 手持式三维激光扫描仪，也叫第三代扫描仪，它具有以下优点：
　　
　 （1）扫描分辨率高，可达 0.5mm-0.1mm,即使是复杂的物体，它也能获得详细的纹理细节信息；
    （2）扫描精度高，可达 0.1mm-0.05mm,能有效地保证生成的模型质量；
    （3）目标点自动定位，无须臂或其他跟踪设备，STL 格式可快速处理数据， 自动生成 STL 三角网格面；
    （4）尺寸小，重量轻，便于操作者长时间工作；
    （5）灵 活方便 ,手持任意扫描 ,扫描速度快 ,可内、外扫描，无局限，能对不同尺寸的物体进行扫描。
　   由于它具有以上优点而被广泛地应用于文物的复制、修复和保护中。
　　
　　2 测量原理

      以 Creaform 公司生产的 VIUSCAN 手持激光扫描仪为例，如表 1 所示。
　　

　　　　
    测量原理： 任一扫描瞬间首先利用激光扫描仪上的两个立体相机对物体的目标点进行立体测量，然后在已知目标点库中搜索出对应点， 依据对应点进行最小二乘公共点坐标转换完成扫描仪定向，最后由双相机对投射到扫描物体表面的激光点云进行立体测量，基本原理如图 1 所示，从而获得统一坐标系下的点云数据。

　　3 数据采集

      在扫描前， 需要对仪器进行几何校正和辐射校正。几何校正是利用仪器附带的特殊控制板（参见图2）来实现的。 几何校正的目的是为了确定两个数码相机的相对方向， 以便发现仪器部件在运输过程中或由于环境条件的变化而产生的微小移动。 几何校正固定了摄影测量系统的基准， 从而确定了扫描的范围。 辐射校正旨在通过改变两个相机镜头的摄影参数和激光跟踪器的激光强度来提高测量速度。 辐射校正的方法如下： 获取物体具有共同纹理的某些部分的数据， 如果这些数据的色彩或者亮度不同就必须重新校正直到达到规范要求。在获取数据前，需要确定参考系统，将附带的目标点（直径 6 毫米的圆圈）排列成间距为 10cm 的网格固定在被扫描的物体上（参见图 3），使用两个独立的相机和其周围的八个光圈，测量出目标点的位置，从而确定由目标点构成的独立的参考系统。最后，测量人员需要确定包含物体（或某一部分）的框域，然后将框域划分成体素，单个体素的尺寸代表着所获取的三维模型的分辨率。体素的尺寸（扫描的分辨率）取决于框域的大小，框域越小分辨率越高。
　　

　　
　　当上述的工作完成后， 就可以开始对物体进行扫描， 这时， 测量人员需要检查扫描仪和物体的距离， 通过笔记本电脑实时显示的三维物体的表面模型，控制扫描的进度。如图 4 所示，在测量时，立体相机通过先前设置的目标点进行绝对定位， 扫描结束后，所记录的数据为：目标点的位置，扫描对象的点云数据，以及 STL 格式的物体三维模型。
　　

　　4 数据处理

     【文章来源：金英文案】

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