Terrestrisches Laserscanning (TLS)

engl.: Terrestrical laserscanning

Themengebiet:

Vermessung, Geodäsie

Bedeutung:
Laserscanning ist eine moderne Messtechnik der Geodäsie. Der Scanner sendet Laserstrahlen zeilen- oder rasterartig in den Raum, auch Punktwolkenerfassung genannt. Aus der zeitlichen Differenz zwischen Aussenden und Empfangen der Strahlen errechnet der Scanner ein 3D-Bild der Umgebung.
Eine besondere Form ist der terrestrische Laserscanner (TLS). Durch seine hohe Messgenauigkeit von bis zu 5mm ist es ihm möglich, je nach Bauart, Objekte in bis zu einem Kilometer Entfernung zu scannen. Das Scannen erfolgt meistens von verschiedenen, bereits vermarkten Punkten aus.
Beim Terrestrischen Laserscanning unterscheidet man 3 Bauarten:
- Kamera-Scanner (z.B. Cyra 2500) mit eingeschränktem Gesichtsfeld (z.B. 40°*40°), vergleichbar mit einer photogrammetrischen Kammer und besonders geeignet für Aufnahme von außen.
- Panorama-Scanner (z.B. IMAGER 5003 von Zoller & Fröhlich oder HDS 3000 von Leica) mit Einschränkungen des Gesichtsfeldes nur durch die eigene Instrumentenbasis.Die Objekterfassung erfolgt hier von innen, weshalb sich Panorama-Scanner besonders zur Aufnahme von Innenräumen anbieten.
- Hybride Scanner (z.B. Scanner GS 200 von Mensi), bei dem einer von zwei Freiheitsgraden eingeschränkt ist.
Weiter unterscheidet man 3 Funktionsprinzipien:
- Ranging-Laserscanner senden ein Lasersignal auf das Objekt und bestimmen anhand des vom Objekt reflektierten und zum Scanner zurückkehrenden Signals die Entfernung. Dies kann entweder durch Bestimmung der Laufzeit des Laserimpulses oder durch Phasendifferenzmessung geschehen. In beiden Fällen sind Messgeschwindigkeiten von mehreren Tausend Punkten pro Sekunde zu erreichen. Zwischen den Messungen wird der Laserstrahl horizontal und vertikal um einen bestimmten Winkel abgelenkt, um so die flächenhafte Abtastung zu ermöglichen. Dies geschieht entweder durch zwei rotierende Spiegel oder durch Kombination von rotierendem Spiegel und Eigenrotation des Gerätes. Mit manchen Ranging-Scannern lassen sich Reichweiten bis zu einigen Hundert Metern erzielen. Die Genauigkeiten liegen im Bereich weniger Millimeter bis Dezimeter. Wegen ihrer großen Reichweite sind Ranging-Scanner gut zur Erfassung von Landschaften, Bauwerken oder Industrieanlagen geeignet.
- Triangulationslaserscanner bestehen immer aus einer Sendeeinheit (Laserdiode) und einer Empfangseinheit (eine oder mehrere Digitalkameras). Ein Laserpunkt oder -streifen wird über das Objekt geführt und dessen Position von der Kamera aufgenommen. Der ausgesandte und der reflektierte Laserstrahl sowie die Basis des Scanners (Abstand zwischen Laserdiode und Kamera) spannen ein Dreieck auf, über dessen bekannte Geometrie die dreidimensionale Bestimmung des Objektpunktes möglich ist. Die Ablenkung des Laserpunktes oder -streifens kann hier ebenfalls durch Spiegel- bzw. Scannerrotation, aber auch durch Objektrotation (z.B. auf einem Drehteller) oder per Hand (z.B. durch manuelles Bewegen eines Laserscannerkopfes an einem 3D-Messarm) erfolgen. Triangulationslaserscanner erzielen üblicherweise hohe Genauigkeiten bis in den Hundertstel-Milimeter-Bereich. Abhängig von der Läge der Basis ist die Reichweite dieser Geräte beschränkt, da es sonst zu sehr spitzen Winkeln und damit einer ungenauen Punktbestimmung kommt.
- Projektionsscanner verwenden statt einer Laserdiode einen Projektor, der normales <<weißes Licht>> auf das Objekt wirft. Dies können z.B. Wellenmuster sein, die stufenweise über das Objekt wandern und von mindestens einer Digitalkamera aufgenommen werden. In einem internen Bildverarbeitungsprozess werden die von den Kameras aufgenommenen Fotos analysiert und es können ähnlich wie beim Lasertriangulationsverfahren für jedes Pixel dreidimensionale Koordinaten berechnet werden. Ein Scanvorgang dauert dabei nur wenige Sekunden und liefert abhängig von der Pixelanzahl der Kameras mehrere Hunderttausend bis einige Millionen Punkte. Auch hier ist ein geringer Objektabstand einzuhalten, da die Lichtmuster sonst nicht mehr erkannt und analysiert werden können. Ebenso wie beim Triangulationslaserscanner sind Genauigkeiten von unter 0,1 mm erreichbar. Beide Gerätetypen sind wegen des begrenzten Messvolumens nur für kleinere Objekte im Nahbereich einsetzbar. Diese können jedoch mit sehr hoher Genauigkeit erfasst werden.
Die erfasste Punktwolke wird registriert, d.h. die Messpunkte werden in einem Koordinatensystem erfasst. Danach kann die Punktwolke dann per Vermaschung oder per CAD-Primitiven am PC weiter bearbeitet werden. Vermaschung heißt in diesem Fall, dass die einzelnen Messpunkte zu einen Dreiecksnetz verbunden werden. Die Punktwolke per CAD-Primitiven zu bearbeiten, bedeutet sie in einfache geometrische Formen zu zerlegen.

Zum Begriff:
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Letzte Änderung: 13.07.2010