三维扫描范文
时间：2023-03-29 04:43:04
导语：如何才能写好一篇三维扫描，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。
篇1
中图分类号：TH74 文献标识码：B 文章编号：1009-914X（2014）18-0374-01
汽车工业是当今世界上最大的制造业之一，随着市场需求的改变，汽车的更新换代速度日趋加快，其设计、制造速度的快慢直接制约着汽车工业的发展，由此而提出的逆向工程在汽车工业中的应用将大大地促进汽车制造业的发展。逆向工程技术可以通过扫描测量获取实物外形坐标点、重建实物的三维数字模型。在此基础上可以方便地进行模型再设计、快速原型制造与快速模具制造等后续工作，从而大大节省研发时间，缩短设计周期。
1、三维光学扫描测量系统工作原理
三维光学扫描测量系统由左右两个高分辨率的工CCD相机和中央光栅投影单元组成，采用结构光测量的方式， 由光栅投影单元将一组具有相位信息的光栅条纹投影到测量工件表面，左右两个相机进行同步的测量， 利用立体相机测量的原理，可以在1 秒时间内准确获得500万到 800万个高密度的三维数据点；自动识别参考点和自动拼接，将不同位置和角度的测量数据对齐在统一的坐标系，获得完整零件的扫描结果。
2、三维光学扫描测量系统扫描测量汽车工件的前期准备
三维光学扫描测量系统通过每次（第一次除外）自动将扫描的数据进行拼合并统一到同一坐标系下，实现完整的工件三维点云数据。因此，为保证单幅扫描的点云能精度较高地拼合在统一的坐标系中，需要对固定参考点提出一定的要求。
2.1 固定参考点的要求
参考点粘贴于被测工件表面或被测工件周围。粘贴参考点的直径大小要合适，必须保证从斜的透视图中能看到参考点的直径范围内至少包含6～10个像素，以便ATOS系统进行识别。在工件的扫描测量过程中，为保证两个CCD镜头的单幅测量能以较小的拼合偏差合并到统一的坐标系中，两个CCD镜头的单幅照片应至少能看见前面已经标识过的3个固定参考点（第一张照片除外）；若能看见4个或更多已经标识且不在一条线上的参考点时，扫描测量系统的自动拼合精度会更高，建议最好有4个（或更多）公共参考点，这样精度才会高，否则测量后期误差会很大。
3、扫描测量方式
1）工件在扫描测量范围内。这种扫描测量方式可保证在单幅扫描中能清楚地看见已识别的3个及更多的参考点，容易保证拼合精度。
2）工件尺寸比扫描仪扫描测量范围大，又没有使用Tritop相机。采用这种扫描测量方式时，通常被扫描工件比ATOS扫描仪的扫描测量范围大2～3倍，并要求参考点有较好的分布。从被扫描工件的中部开始向两边扫描测量。
3）工件尺寸大，ATOS扫描仪配合Tritop相机使用。首先通过Tritop照相系统获取参考点坐标值：先拍比例尺和参考点；移开比例尺和编码参考点后用ATOS扫描仪单幅扫描。系统能精确地自动将单幅扫描合并到统一坐标系中，测量精度高。
4） 工件自身遮挡，利用单眼扫描。采用这种扫描方式前需要标定，首先打开投射光源，将白色平板放在标准距离上，调整光强扫描白色平板；然后把设备与白色平板靠近些，再调整光强扫描白色平板；最后把设备与白色平板离远些，再调整光强扫描白色平板，计算，完成标定过程。需要特别注意的是两个CCD相机都要完全看到白色平板，否则不能进行单眼扫描。
4、整车测量思路
对于整车应该采用扫描仪配合Tritop相机来测量。结合我公司三位光学扫描测量系统对扫描对象的要求，采用直径为5mm的参考点。
1）根据汽车对称性，选择较好的一侧（一般是左侧）进行完整测量。汽车左侧是结构较复杂的一侧。测量前先定好哪些特征是完全对称，扫描时要特别留意。
2）为了保证填充参考点质量，在粘贴参考点时要注意避开有特征的区域及一些工件的边缘；参考点数量要尽可能多一些，保证在560mm×420mm范围内有6～9个参考点。
3）测量前先选择贴7个（或者>7个）不同长、宽、高位置的参考点，来保证最后测量坐标统一到车身坐标系。
4）测量过程中对于完全对称的，可完整扫描一侧，另一侧按要求扫描；对于有所区别的对称，应该完整扫描不同的地方。
5）测量完，认真检查点云文件的完整性。将测量好的数据进行三角化处理。
篇2
关键词：三维激光扫描；文物考古；点云；数字线划图；模型
中图分类号：K85文献标识码：A
三维激光扫描技术概述
三维激光扫描技术又称为“实景复制技术”，是20 世纪 90 年代中期出现的一种以三维激光扫描仪和扫描信息处理技术为核心的数据采集与处理技术，其革命性的数据采集方式开创了面式数据采集的新纪元，因其满足了文物考古测绘领域非接触、高速度、高密度、全数字化的数据采集要求，在短短几年时间内迅速在考古发掘、古建筑测绘等文物保护领域得到了广泛应用。
（一）工作原理
三维激光扫描技术，通过内部的激光脉冲发射器向目标物发射激光脉冲，反光镜旋转，发射出的激光脉冲扫过被测目标，信号接收器接收来自目标体反射回来的激光脉冲，通过每个激光脉冲从发出到被测物表面返回仪器所经过的时间可以获得被目标体到扫描中心的距离，同时扫描控制模块控制和测量每个激光脉冲的水平扫描角α和竖向扫描角β，后处理软件自动解算得出被测点的相对三维坐标（云点），进而转换成绝对坐标系中的三维空间位置坐标或三维模型。
（二）三维激光扫描技术的特点
非接触式
三维激光扫描技术采用非接触式高速激光测量方式，不需反射棱镜，直接对目标体进行扫描，采集目标体表面云点的三维坐标信息。在目标危险、环境恶劣、人员无法到达的情况下，传统测量技术无法完成，此时三维激光扫描技术优势明显。
数字化程度高、扩展性强
三维激光扫描系统采集的数据为数字信号，具有全数字的特征，易于处理、分析、输出、显示。而且后处理软件用户界面友好，能够与其它常用软件进行数据交换及共享，可与外接数码相机、GPS配合使用，拓宽其应用范围，具有较好的扩展性。
高分辨率
三维激光扫描技术可以进行快捷、高质量、高密度的三维数据采集，从而达到高分辨率的目的。
应用广泛、适应性强
由于其良好的技术特点，在工程建设各领域，应用广泛。对使用条件要求不高，环境适应能力强，适合野外测量。
三维激光扫描在文物考古中的实施步骤及应用成果
（一）实施步骤
三维激光扫描作为一种获取三维空间信息手段，其工作流程与传统的测量手段有很多的相似之处但也有其自身的特点。主要过程和技术要点如下图所示：
图 三维激光扫描工作流程图
（二）应注意的问题
1、现场踏勘时，认真分析现场地形、地物分布特点，合理设置扫描站点，尽量的避免扫描盲区的出现，重点保证重要的地形、地物不会在盲区中出现。
2、对古建扫描时，建议对不同的部分采用不同分辨率扫描。比如对地面或者表面平整的墙壁，天花板等可采用较小的分辨率（一般情况下2cm）。但对于体形较小，结构复杂的构建要用相对密集的点云表示（毫米级），有时候要用最大扫描密度来扫描（比如对分布在带有浮雕的墙壁、柱子等）。
3、使用外置相机系统拍摄照片时，可以在扫描之前自然光线较好的条件拍摄，因为可能在扫描完毕后，为时已晚或遇到下雨天气等情况，耽误了拍照的时机。拍照时可设置自动包围曝光，每个场景有三张照片：当前曝光值照片、正补偿值照片、负补偿值照片，然后内业在作选择。
（三）应用成果
1、点云数据
代表扫描对象的一个个“测点”形成的“点集合”构成了三维激光扫描最原始的成果，称为“点云”。点云虽然经过了扫描算法的处理，但相对于传统单点式测量方法所具有的高密度和全息化的特点，可作为原始资料进行存档。同时，点云作为扫描对象的全数字化实景模型，可实现室内的真实量测。在考古挖掘的不同阶段，对挖掘现场进行扫描，可实现考古挖掘行为的动态化管理和考古过程数字化再现。在建筑遗产保护领域，借助于高精度的地面控制网，可实现文物建筑遗产的连续性扫描监测。
2、二维数字线划图
二维数字线划图是文物保护工程领域所习用的工程语言，三维激光扫描系统为绘制不同部位、不同方向的二维数字线划图提供了强大的绘制功能，使处于前端的文物测绘调查工作和后续的保护规划制定、修缮工程设计、施工等实现了无缝对接。二维线划图的绘制根据测绘对象的特点可以采用下述几种技术路线实现:
（1）对于局部构件的绘制，直接在点云上量取绘图所需要的长、宽、高数据，然后借助绘图工具绘制二维图；
（2）对于剖面图等截割投影图，根据绘图部位和绘制精度形成绘图区域的点云“切片”，将点云切片导入 AUTO-CAD 等图形绘制软件形成二维线划图；
（3）对于空间关系不明显、不易识别的测绘对象，借助高分辨率照片形成被测对象的正摄影像，然后绘制二维线划图。
二维线划图是对被测对象高度抽象化的结果，抽象的过程不可避免地造成了大量信息损失。实际上，在许多情况下二维线划图无法完整表达边界模糊对象的真实情况，如出土器物、建筑纹样、彩画、浅浮雕等。作为二维线划图的重要补充表现方式，基于三维激光扫描点云形成的正摄影像图消除了一般相片所固有的投影误差及高程误差，同时又兼具普通相片高分辨率、易于辨识的优势，较好地解决了“边界模糊类对象”难以精细化表达的难题。利用这一特点，可实现“边界模糊类对象”的数字化监测。譬如，通过比对不同时间段内壁画的高清晰正摄影像图，可精细地描述壁画颜色、形态等的变化。
高程模型和三维模型
对雕像等这类由连续曲面构成的测绘对象，以等值线的形式表现的数字高程模型是其最基本的表现方式。相对于以往全站仪单点测绘，三维激光扫描技术高密度点云实现了等值线精细测绘和三维建模。
此外，由于三维激光扫描结合传统控制测量可以较容易得到点云统一的地理坐标属性，据此建立的三维模型可很方便实现被测对象的三维漫游。
4、平面图、立面图、剖面图
建筑物的线画图作是传统建筑测绘的成果之一，是建筑物的测绘图件，包括平面图，立面图和剖面图。这些二维的图件可以表示房屋内部的结构或构造形式、分层情况，说明建筑物的长、宽、高的尺寸，地面标高，层顶的形式，门窗洞口的位置和形式，外墙装饰的设计形式和各部位的联系、材料及其高度等。传统的测量方法是手工描绘加皮尺测量。利用点云数据，可在Auto CAD中利用Cloud worx插件，可以方便的做出建筑物的平面、立面和剖面图。不但生产速度大大提高，且更简单，能让现有CAD技术人员充分利用自有的CAD制图技术。
5、彩色点云网上
扫描的彩色点云可以在互联网上，让远方的人可以通过互联网有如置身于真实的建筑物之中。的点云不但可以网上浏览，还可以实现基于互联网的量测、标注等。有利于数据共享和现有文物、建筑物的网上展示，宣传。尤其是对于一些不宜长期向公众开放的文物景点，通过网上的彩色点云数据，可以满足公众的网上虚拟浏览的需求，也有利于文物保护工作的开展。
（三）传统测量技术与三维激光扫描技术的结合应用
三维激光扫描技术具有传统测量方法不具备的诸多优势，如变 “单点采集”为批量面式采集、实现了“外业测量内业化”、“非接触”工作方式不需要测量辅助设施、“所见即所得”的特点实现了考古过程记录的定量化和动态“回放”。无论是微观的手持式扫描仪、中观的地面扫描仪，还是宏观的机载扫描仪，为了得到扫描目标的完整点云数据，都需要从不同扫描站对同一目标的不同部分进行扫描，然后将各个扫描站的扫描点云数据拼接在一起。数据拼接是三维扫描的最核心环节，但单凭三维扫描技术本身很难实现点云高精度拼接。
将传统测量方法与三维激光扫描技术结合，是解决上述问题的基本途径。为保证最末端扫描站扫描数据的质量，同时使整个点云模型的精度均匀，除需要控制自由拼接的测站数外，还需要在扫描测绘过程中引入控制测量的思想，按照“先控制，后碎部；从整体，到局部”的基本误差限定在容许范围内。扫描测绘前，首先利用精密水准仪、电子全站仪、卫星定位仪等传统测量仪器布设三维扫描控制网，测算各个控制点的大地坐标；在外业扫描过程中同步测量拼接点的大地坐标，将单一测站的扫描数据直接纳入大地测量坐标系中，提高拼接精度的同时，保证测绘对象不同部位的精度均匀。对于三维激光扫描无法测量的隐蔽部位可充分利用传统手工测量的灵活性特点以弥补。
参考文献
[1]白成军．三维激光扫描在古建筑测绘中的应用[D].天津大学建筑学院，2007.
篇3
本周晨会，申银万国推荐了中海达（300177），公司此前宣布“多波束海底成像系统”、“三维激光扫描仪”等工程样机已研制成功，这两项产品技术目前基本被国外厂商所垄断，国内暂无成熟产品。
如果结合市场此前对新产品的研制预期来看，两项新产品的样机面世时间早于预期。多波束海底成像系统样机预计年底研制成功，2013年批量上市；三维激光扫描仪原计划2012年完成方案设计，2013年研制成功样机，2014年批量推向市场。公告显示多波束产品样机时间略早于预期，三维激光扫描仪样机和批量上市时间均早于预期。申银万国认为，研制样机时间提前说明公司已完全掌握两项新技术，并且在产品量产前公司外资品牌打通渠道，提早量产时间则提高了自有品牌和产品被市场接受的可能性。
二级市场上，中海达明显表现出区别于大盘的强势走势，目前已突破均线系统的压制，后市持续稳步上涨的可能性较大，投资者可积极关注，并结合自身的投资策略进行短线或中线操作。
据了解，我国共有671家甲级资质、2077 家乙级资质的测量单位。海洋测绘甲级资质要求两套多波束产品，乙级资质要求一套，由于进口产品价格过高，大部分测量单位该项指标不达标。因此申银万国预计多波束产品的国内需求接近30亿元到50亿元，假设下游客户在5到8年时间完成采购，每年市场空间为5亿元—6亿元。按每台100万元，毛利率70%进行测算，中海达每销售10台多波束测深产品，大约能增厚EPS0.015元。
据悉，三维激光扫描技术是国际上近期发展的一项前沿技术，激光测量技术采用非接触主动测量方式快速获取物体表面大量采样点三维空间坐标。三维激光扫描仪用于对真实世界进行三维建模和虚拟重现。
篇4
关键字：三维点云数据，滤波，Laplace算法
中图分类号：C35文献标识码： A
1 引言
激光具有单色性、相干性、方向性和高亮性等诸多特性，激光首先应用于测量出现于上世纪八十年代，在此之后，激光技术在精度、速度等方面极大促进了测量技术的发展，甚至引发了测量技术的革命性变化。
三维激光扫描技术是近年来发展日臻成熟的一门先进测量技术，用三维激光扫描仪获取的海量点点云数据，包含了大量的噪声点，噪声点的存在影响了数据曲线的平滑性，往往使目标物体产生收缩变形。为了避免这种情况的出现，我们需要采用合适的滤波手段，保持并凸显点云数据中的真实可靠信息。本文将以真实数据实验为基础，对滤波技术在三维激光扫描测量中的具体应用进行探讨。
2 基本原理
点云数据滤波的方法有多种，大体可以分为两类，一类是首先根据点云数据构建网格模型，然后再对网格模型进行去噪处理；第二类是直接对点云数据进行滤波处理。
网格的滤波算法在业界已经被广泛研究探讨（图1），其中最具代表性的有：Laplace三维点云滤波算法、平均曲率流算法、双边带滤波算法等等；基于点云的滤波算法有最小二乘法、卡尔曼滤波法、小波分析法等。
图1 常见三维点云滤波算法
要进行噪声去除，首先要进行噪声分析。三维点云的噪声分布特性包含以下几种：
1)扫描线点云数据（图2a）。数据是一组组的位于扫描平面内的扫描线，包括CMM、线结构光扫描得到的数据和激光点三角测量系统沿直线扫描的数据。
2)阵列式点云数据（图2b）。数据是将点云格网化处理后获得的，数据点与规则格网顶点相对应。
3)三角化点云数据（图2c），即数据呈三角网结构，这类型数据常见于工业CT、磁共振成像等系统的测量数据。
4)散乱点云数据（图2d），即该数据没有明显几何特征，呈散乱无序分布。
图2点云排列方式图
其中，第一种数据属于部分有序数据，第二、三种数据属于有序数据，第四种是无序数据。本文实验数据属于散乱点云数据，属于第四种数据类型，因此本文实验采用的滤波方法为无序点云滤波算法。
无序点滤波算法有多种，经对比选择，本文选择Laplace滤波算法。Laplace滤波算法的基本原理是对每个数据点运用Laplace算子表示如下：
点云模型中，利用Laplace算子的滤波可以看做是一个扩散过程：
通过这一过程，数据曲面上的噪声扩散到周围邻域，从而使整个曲面变得更加光滑。若采用显式的欧拉积分法，则为：
其中，qj表示点pi的k邻域，为一个小正数。Laplace滤波通过迭代的方式将当前点移动到其邻域几何重心处，从而达到滤波目的。
3 实验及实验结果分析
我们在广州市白云区划定的实验场进行了三维激光扫描实验，选取了两栋建筑作为实验对象。目标建筑经三维激光扫描后的结果如图3所示，可以发现图中存在大量噪声。
我们使用Laplace滤波算法对点云数据进行滤波，得到的结果如图4所示，我们可以通过目视看出，滤波处理后的建筑比之前更加逼真，更加清晰，线条轮廓更加平滑。为了定量地分析滤波前后点云数据的精度，我们采用高程验证的方法。利用全站仪在图3和图4所示的红色矩形区域内采集若干高程点，然后分别将滤波前的点云数据和滤波后的点云数据与全站仪采集的高程信息进行对比，统计结果如图5所示，图中条形图的高度代表误差。从图中不难发现，滤波后的数据与全站仪实测结果更为接近，这表明我们采用的滤波方法极大地去除了噪声对三维激光扫描测量带来的误差影响，不仅在视觉效果上让模型更加真实，而且在测量精度上也有显著提高。
图3 带有噪声的点云数据
图4 经过滤波去噪之后的三维点云数据
图5 三维激光扫描与全站仪测量结果对比
4 小结
本文首先总结了三维点云数据滤波的常用算法，通过对三维点云数据及其噪声特性的探讨，进一步阐释了三维点云数据滤波的基本原理，并以LapLace算法为例进行了一次真实的三维点云数据滤波实验，并对实验结果进行了简单的验证和分析，实验结果表明：Laplace算法对三维点云数据的滤波效果十分明显，不仅在视觉效果上，使模型变的更加平滑和真实，在精度上也更加准确。
参考文献
[1].刘大峰，廖文和等. 散乱点云去噪算法的研究与实现. 东南大学学报，2007,37（6）
[2].Johes TR,Durand F,Desbrun M.Non-iterative, feature preserving mesh smoothing. ACM Transactions on Graphics,2003,22(3)
篇5
【关键词】三维激光扫描技术；测绘工程；应用分析
中图分类号： P2文献标识码： A
1三维激光扫描技术的工作原理
扫描仪的发射器通过激光二极管发射一种接近红外线波长的无害光束，对测绘对象进行立体面状的扫描，借助设备获取对激光的反射时间差，从而测量激光与物体之间的距离，最后用编码器来测量镜头旋转角度与激光扫描仪的水平旋转角度,获取测量对象表面每个采样点空间立体坐标,得到被测对象的采样点集合,称之为“距离影像”或“点云”。所获取的由点云组成的影像与通常的扫描的栅格影像最大的区别就是具有矢量化的特性,点云之间具有可量测性。
2设备分类及性能
三维激光扫描设备可分为机载类和地面类。地面扫描设备根据扫描的方式不同可以分为车载、地面和船载。地面扫描设备按其功能可以分为ILRIS—3DVP、ILRIS—3DER、ILRIS—36D和ILRIS—3DMC四种型号。ILRIS—3DVP是最基本的扫描设备，使用范围比较广；ILRIS—3DER距离增强型,能够远距离进行工作；ILRIS—36D的扫描空间比较广，面积达，可以旋转扫描；ILRIS—3DMC适合于车载和船载进行移动扫描。
3系统组成
三维激光扫描设备由软件和硬件组成，硬件为三维激光扫描仪，软件包括点云影像后处理系统。
4系统工作流程
工作流程是:方案制定外业扫描数据处理(点云定向、点云处理等)成果输出。点云间的相对位置在扫描的距离影像中是完全正确的，则取决与将它们能否通过转换统一在同一坐标系下。一般情况下，一幅点云图像无法反映测区整体，多幅点云影像的拼接，就要在数据处理阶段完成坐标纠正，使多幅图像处于同一坐标系下，这就是所谓的点云定向。
实际点云影像定向就如两个不同空间坐标系的转换一样，需要解决的转换参数共有七个：三个平移参数，三个旋转参数和一个尺度比参数.实际应用中有两种方式可以完成定向：相对方式和绝对方式。相对方式就是以一幅点云图像坐标系为基准，其他点云图像统一在该扫描图的坐标系下，前提条件是不同点云图像之间存在重叠或者事先设置有控制点和靶点。实际测绘过程中，要求将点云图像统一在大地坐标系下或者某一特定的坐标系下，绝对转换方式就是将所有扫描图都转换到控制点的坐标系中，该种方式最大的优点是消除转换误差的累积,通常实际应用中，可将两种方式综合起来应用。扫描得到的是散乱的海量数据，需要对采集点云数据进行噪音滤除、点数据平滑处理、剪裁等处理步骤，另外对于某些观测死角和暗部，需要进行必要的“织补”，或采用特殊方式进行扫描处理。
5三维激光扫描技术优点
三维激光扫描技术的优点是方便、精确、快捷、实时和全数字化，测量精度高，测量方式比较灵活，不接触所测对象，可以及时的采集物体空间的三维数据，建立其立体模型，并对模型进行数据处理和分析。三维激光扫描技术弥补了传统测量方法的弊端，数据采集点位密度大，数据信息丰富，可以实现精细化测绘，同时提高了测量效率，减少了测量成本。
6应用与前景
(1)立体模型的建立。三维激光扫描技术主要用于物体立体模型的建立、工业设备计测、考古与文物保护、三维城市漫游建立和三维数字地面模型建立等。
(2)完成水域和地面扫描。借助机载和船载激光扫描设备可以完成水域和地面地形扫描测量。
(3)滑坡监测和确定滑坡区域。通过对扫描数据的两次或多次比较，从而能够确定和完成滑坡区域的检测，达到减灾防灾和对灾害造成范围的确定。
（4）洪水区域的分析：通过对洪灾发生前后的三维地形对比分析，一是可以确定降水量，预测洪水达到的区域，达到预防的目的；二是通过对洪水前后扫描数据的对比，计算受灾区洪水的体积。
（5）变形监测：传统变形监测方式是通过全站仪或GPS以及其他形式监测方式，在易发生变形的地方设置检测点,通过连续和定期观测,对多次观测的数据的对比分析，完成对工程安全性的确定,此种方式只是对离散监测点位移变化分析，做出安全与否判断，结果可能存在瑕疵，而三维激光扫描技术,可以高精度，高密集对监测对象，进行立体空间面状扫描，获取监测体的整体数据，通过定期或周期对监测体的扫描数据对比分析，做出对监测对象的正确评估。补充、扩充和完善地理信息系统：三维激光扫描技术可以完成对空间数据信息的确认，作为下一代的测量手段加上数据管理功能，可以作为电子手簿或GIS的有利工具和数据采集手段，改变旧的数据管理方式具有重要的意义，同时丰富和完善了测绘信息的获取手段和表现形式。
7结束语
伴随三维激光技术的不断完善与发展,以及三维控制信息需求的增加,三维空间技术将和现代经典测量技术相互融合,作为一种新的空间数据采集手段,三维激光扫描技术具有广阔的发展空间,将成为一种普遍应用的技术。
参考文献
[1]范海英,杨伦.Cyra三维激光扫描系统的工程应用研究[J].矿山测量,2004(3):56-57.
[2]史友峰,高西峰.三维激光扫描系统在地形测量中的应用[J].山西建筑,2007(12):343-344.
篇6
关键词：三维激光扫描；隧道变形监测方法；全站仪；采样密度；测量精度；数据采集 文献标识码：A
中图分类号：U456 文章编号：1009-2374（2017）10-0218-03 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2017.10.110
1 概述
三维激光扫描技术为非接触式主动测量技术，与传统的单点测量有很大差异。该技术通过扫描便可快速获得高密度、高精度、大面积的海量点云数据，得到目标表面的三维坐标，扫描速度快，可达万点每秒。同时，三维激光扫描技术对于施工现场的光线条件没有明确要求，即使在黑暗环境下也可进行测量，一次测量便可获得隧道内部的全面数据，再根据测量要求和目的对数据进行处理便可获得隧道任一断面的变形数据，了解隧道当前的运行状况。由此可见，将三维激光扫描技术应用于隧道变形监测具有技术优势，便于操作和数据
处理。
2 三维激光扫描系统构成和工作流程
三维扫描技术又名实景复制技术，该技术是在激光测距技术的基础上发展而来，可以获得隧道内部实体的点云数据，通过对大量数据的处理分析可以建立相应的三维实体模型，其精确度较高。然后结合坐标控制对数据进行差异化分析与比较即可获得实体变形特征数据。
为了便于点云数据配准、断面提取、断面对比分析和断面收敛变形分析等诸多功能，需要建立完善的三维激光扫描数据处理系统，如图1。该系统联合了Matlab数据平台，根据三维激扫描系统的工作原理采集隧道变形数据，该系y的具体优势主要表现在以下五个方面：第一，点云数据预处理，该系统可直接对隧道测量数据进行预处理，并在处理过程中剔除无效信息，如激光反射光束、隧道管线、现场人员的噪声点等；第二，点云数据配准，在各站数据转化工作结束后，其坐标系统一，便于后期数据的再处理；第三，断面处理，对于已经设定的间隔提取断面点云，需对隧道中心轴线进行最小二乘拟合；第四，对隧道的变形量进行计算与分析，依据每个断面的测量点云数据进行断面拟和，并将其与设计图纸和以往工程资料进行比对了解隧道收敛变形情况；第五，数据输出，可以通过文本或图形显示数据处理与监测结果。作业流程如图2所示。
3 数据获取与处理
3.1 布设控制点和监测点
本文研究采用的徕卡三维激光扫描仪，其为高速度和高精度的激光扫描仪，集合了多种技术优势，适用于各类工程测量项目。单点测量精度高达6mm。测距范围为300m，模型表面精度为±2mm。采用三维扫描仪可以快速获得密集目标物体表面的三维坐标、反射率和纹理信息，但是在使用三维扫描仪进行测设之前需要做好准备工作，合理布设控制点与监测点。因为三维扫描技术特征以及获取数据的后期处理要求有所差异，控制点的布设方案也就有所不同。依据不同扫描仪的有效测距范围和多站数据配准等相关要求进行控制点与监测点的布设工作。为了保证扫描数据的坐标统一，便于后期数据处理，且可进行多站数据配准，尽量不将控制点和监测点布设在不同的直线与平面上。
这里对隧道扫描点云配准进行详细分析。所谓点云数据配准就是指使两幅点运输局同名点的点对（）满足相同变换矩阵T，需满足如下方程：
式中：P、Q分别为两次扫描的点集；pi、qi分别为点集P以及Q中的某点。
在应用上述公式解决实际问题时，会遇到查找点对以及求解矩阵T的问题，为此可以用所有同名点匹配误差大小对配准进行判断，如下：
式中：E为配准误差；Np为点对数量；D为两个相似点的最近距离。
三维激光扫描数据处理软件的配准模块中一般支持两种配准方式，即点云配准和基于目标的配准。部分软件可以用于大地控制点的配准。
第一，基于点云的配准。基于点云的配准就是在两副点云数据中找出不在统一直线上的三个同名点进行电源匹配。软件中基于电源的配准方法是先选择3个同名的点进行初步配准，然后按照式（1）进行优化，保证配准精确，最高精度可达3mm；第二，基于目标的配准。三维激光扫描系统中有专用的平面标靶，在每站测量工作中可将其作为标志点，架设在变形监测点上用作变形点的分析工作，也可以随意架设作为配准目标；第三，基于大地控制点的配准。实地测量过程中会受到多种因素的影响，如仪器电源使用时间等，为了缩短测量工作时长，需在不影响测量数据准确度的情况下制定最佳的测量方案。基于大地控制点的配准方法综合三维激光扫描仪测量工作的性质以及现场控制网的布设要求，任意架设扫描仪，将标靶在控制点上作为特征点便可快速获得隧道的相关数据。在数据处理过程中需将测量得到的标靶架设高度输入至大地坐标软件中，输入之后再进行点云配准便可。
3.2 数据采集
布设控制点与监测点后则可以定期对被测物体进行扫描。需要注意的是，在获取数据过程中，需将扫描仪安装在测站上，并调整好仪器的角度等，将其与计算机相连接，设置好功能参数，再启动扫描仪，需保证单独测站之间有部分点云重合。
篇7
关键词：三维足部扫描 激光三角法 三维数字化
前 言：三维足部扫描仪是一款高科技立体脚型测量设备，该设备集合了光学、机械、电子领域的新兴技术。利用激光平面光对脚进行光切，在脚的某一个截面上形成封闭光带，用三个 CCD 摄像机对截面光带成像，可一次获得脚的某一个截面的二维轮廓信息，再沿光切的垂直方向步进测量，就可以得到脚的整个三维曲面信息[1]。
一、三维足部扫描光学系统的主要技术指标
足部扫描仪的主要技术指标为：扫描范围、分辨率、扫描时间。
分辨率是评价扫描系统精度的重要参数，分辨率越高越能真实反映物体表面的细节，但也会对CCD摄像机提出更高的要求，导致系统成本增加，扫描时间变长，因此需要合理选择。定义传感器获取图像中每一像素代表的实际距离为系统的分辨率。由于被测物体距传感器的远近会对分辨率产生影响，因此只能给出系统在典型位置处的分辨率，称为典型分辨率。定义系统测量的典型位置为距离人脚中心线左右各40mm处的两个竖直平面。在典型位置处，传感器获得的图像最为清晰，而在此位置内外，则靠镜头的景深来调节。
对比国外足部扫描系统，结合对于人体足部数据测量[2-6]的考虑，提出了这样的技术指标：
扫描范围：290mm*140mm*160mm（长度*高度*宽度）
典型分辨率：0.1mm*0.2mm*0.3mm（长度*高度*深度）
扫描时间的提出主要考虑缩短人体足部保持固定姿态的时间，所以扫描时间要在硬件条件允许的前提下尽量短，因此提出扫描时间为12s，对应的扫描速度为30mm/s。同时，扫描仪器的空间尺寸尽可能小，设计系统整体高度不超过350mm，宽度300mm左右。
下面将根据总体结构，对光路部分进行设计，以满足提出的技术指标。
二、三维足部扫描光学系统中的光路设计
光路设计主要利用光学的反射和折射原理来设计光路，在保证光程的基础上缩小所需空间，对于左侧和右侧的激光器，激光器经过一次反射打在被扫描的物体表面，左侧和右侧的CCD的接收则是有两路光路，将一个CCD分成两部分，得到两部分图片，用以代替激光三角法中的两个CCD。下侧激光器采用的是两次反射，CCD采用的是和左右两侧相同的设计思路。
这样设计的优点是，将激光器，CCD和反射镜结合在一起，既不影响摄像头的信息采集，保证仪器的正常工作，又能极大的减小仪器的整体尺寸。
三、三维足部扫描光学系统中的硬件x取
（一）传感器的选取
图像采集系统的核心是传感器，包括CCD和激光器，它们在光学系统中的位置关系由提出的技术指标决定。
1、CCD的选择
对于CCD的选择，有如下考虑点：
（1）采集足部的外形轮廓信息，只需使用黑白图像。
（2）像面尺寸和视场角能满足扫描范围和分辨率的要求。
（3）重量轻，减少系统的负载。
笔者建议可以选取深圳度申科技有限公司的微型全色相机M2S500M-H。
2.脚面传感器设计
对脚面的扫描采用安装在左右对称的两个扫描臂上的两组传感器完成。针对于平行于脚底面的平面进行设计。其中，距离中心线左右各40mm的两条虚线是设定的分辨率的典型位置，代表两个垂直于纸面的平面。以某一个CCD为例，在典型位置处，要达到的高度方向扫描范围是120mm，即以点N为中心并垂直于纸面的距离，而CCD需要放置在扫描高度方向上60mm处的位置。那么根据CCD在该方向上的视场角为42°，计算得到CCD到典型位置的距离为PN =156.3mm[7]。
对于脚的宽度方向，CCD在该方向上的视场角为∠APB =32°。仍以CCD4为例，在典型位置处，需要达到的范围是扫描宽度的一半：80mm，则BN R40mm；取AB =100mm，计算得BN =43.5mm，CCD摄像机与激光器的夹角为θ=∠BNP=65.8°。同时，d1=LN =64mm； h1=LP =142mm；l1=QN =PN =156.3mm。
对脚底的扫描采用一组传感器。垂直于脚底面的平面进行设计。以CCD为例，在脚底面上需要达到的扫描宽度是160mm， CCD在该方向上的视场角为∠ARB=42°，求得OR =208.4mm 。通过分析CCD在高度方向上的视场角为∠MPN=32°，让CCD摄像机与激光器的夹角与脚面传感器组中CCD与激光器的夹角保持一致，即θ=∠MOR=65.8°。计算得d2=DR =85mm， h2=OH =190mm。
通过以上设计可以看出我们设计的足部扫描仪需要3个激光器和3个CCD摄像机，大大减轻了仪器的生产成本和外形尺寸。
（二）激光器的选择
光源的扩束方法有三种：
凸透镜。这种扩束方法的优点是结构简单，缺点是两端是弧形的，无法满足设计要求；波浪棱镜式。这种扩束方法的优点是中间部分光束比较集中，缺点是单线的两端是不连续的一系列点，无法满足设计要求；鲍威尔棱镜[8]（Powell Lenses）： 鲍威尔棱镜是一种光学划线棱镜，它使激光束通过后可以最优化地划成光密度均匀、稳定性好、直线性好的一条直线。鲍威尔棱镜划线优于柱面透镜的划线模式，能消除高斯光束的中心热点和褪色边缘分布。
考虑激光器发出的光在竖直平面内距离激光器LN = 64mm处要有足够的宽度覆盖竖直高度140mm的范围（140mm为扫描为扫面范围）；同时，激光束在竖直方向的高度不应仅仅与扫描台面相切，而且要向下多留一些余量，便于与脚底的激光束形成完整的闭合光带；并要求光束较细，光线强度稳定。
综上所述，我们选择了西安赫胥尔镭得激光科技有限公司的蓝光线光源激光器，主要技术指标为：
光扇角：60度；线宽：0.3mm；波长：475nm；额定功率15毫瓦；工作电压5V。
根据激光发散角求出过点N的高度方向上光束长度为152.5mm> 120mm，满足扫描范围的要求。
选择蓝光的原因重要根据CCD相机的感光度有关。根据所使用相机的感光度与波长的关系图可以知道，感光度曲线出现波峰时光的波长在475nm左右，因此选择蓝光（475-496nm），此时相机有较好的感光度，可以使得光圈更小，这对于排除杂光的干扰有很大的作用。
结语：基于激光扫描原理的三维足部扫描仪的测量结果准确，操作便捷等优势，将会给人工测量带来极大的方便，同时也能够进行医疗方面的矫形鞋定制、假肢生产，包括足疗机构、医学诊断等。除此之外，现在消费者越来越追求高品质的生活，追求个性化，定制化服务的市场越来越大，所以三维足部扫描仪将会有广阔的发展前景。
参考文献：
[1]http：//。
[2]丘理，中国人群脚型规律的研究（之一）一一中国成人脚型基本规律，中国皮革，2005： 135-139
[3]徐军，陶开山，人体工程学概论，北京：中国纺织工业出版社，2002
[4]辛华泉，人类工程设计，武汉：湖北美术出版社，2006
[5]徐磊青，人体工程学与环境行为学，北京：中国建筑工业出版社，2006
[6]阿尔文・R・蒂利，亨利・德赖弗斯事务所，人体工程学图解设计中的人体因素（朱涛译），北京：中国建筑工业出版社，1998
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关键词：三维激光扫描技术；数据处理；精度控制
中图分类号：TP31 文献标识码：A
三维激光技术是一门新型的热门高效的技术，它是继GPS技术后又一项测绘技术的诞生。其在数据处理方法和获取方法以及服务能力水平上都进入了新的发展阶段。
一、三维激光扫描系统的分类
我国目前把三维激光扫描技术分为两类；机载型，地面型。在测量方式上还细化成移动式激光扫描系统，手持式机关扫描系统。在当前，地面型固定式三维激光扫描系统是目前最重要的扫描装置。其一般有三维激光扫描仪，数码相机，扫描仪旋转平台，软件控制平台，电源以及其它的相关的附件组成。
二、地面型三维激光扫描系统的工作原理
三维激光扫描仪的发射器在进行工作时会项目表发射一个激光脉冲信号，这个信号在接触到物体表面是被反射回来，顺着相同的路线反向的传回到接收器中，在这之中产生的数据就是三维激光扫描仪的工作目的。当脉冲在到达目标点时精密的时钟控制编码器同步测量每个脉冲横向扫描的观测值和纵向扫描的观测值。
三、三维扫描仪的点云数据处理
在三维激光采集数据时采集的是点云数据，一般包括有下列各个步骤；
（一）噪声去除。噪声去除就是指将点云数据中的错误的数据，通过扫描的过程，把它给去除掉。由于某些原因的影响，会导致这一现象的发生。比如说移动的车辆和行人还有树木，也同样会被扫描仪所采集到，这些都是要在后续的工作中删除带掉的。
（二）多视对齐。多视对齐是说被测量的物体的形状多大或者比较复杂，那么在扫描时就不能一次性的测出所有的数据，这样的情况需要我们从不同的位置，去进行多视角的多次扫描，多视对齐的实质就在于此。
（三）数据精简。点云数据的精简是指在海量的云技术数据中，在不影响曲面重构和保持着一定精度的情况下需要将数据进行精简，而我们比较常用的精简模式有平均精简，按距离精简两种。如若想真实的反映扫描目标，那就需要准确的将需要扫描的数据用曲面表示出来，这项过程就是曲面重构。
（四）曲面重构。我们比较常见的曲面的表示种类中有；细分曲面，暗含的函数表示，明确的函数表示，三角形网络，参数曲面，曲化的面片等。着里我主要说说参数曲面重构和细分曲面重构；参数曲面重构是对对几何形状进行的描述这项理论起源于60世纪，它的主要思想是用一组基函数做为分权因子，在通过一组初始的控制向量的线性组合获得形体的连续表示，我们一般都采用的参数曲面有Bezier曲面，B样条曲面和NURBS曲面等。细分曲面重构主要针对复杂的物体表面模型重建和曲面的拼合问题，是从初始的多面体控制网络开始的，应用某种细分规则，对新生成的每个网络的定点进行相继归集的计算，网格顶点生成是原始网格的几个相邻顶点的加权平均，通过不断的细分，逐渐将控制网格磨光。在无穷多次细分后，最终将控制网格将收敛于一张光滑曲面，而这就是重建曲面。
四、三维激光扫描仪的精度分析
（一）三维激光扫描仪的测量误差分析。三维激光扫描系统的测量误差可分为两种；系统误差和偶然误差，系统误差可能会引起扫描点的坐标错误，可以通过公式的改正后世修正系统来解决。测试系统的偶然误差是一些随机性的错误的集中体现。在测量误差上的影响因素较多，主要可以分为三类，仪器误差，与目标物体反射有关的误差和外界环境条件。在仪器误差上又包括激光测距误差，扫描角度测量误差。与目标物体反射面有关的误差主要是目标物体表面粗糙的原因。外界环境因素主要包括温度和气压等因素。
（二）三维激光扫描仪精度控制。在了解到了相关的可能出现差错的原因后我们需要找到解决的对策来加以控制。在系统的测量误差上激光测距的影响相对比较重要，我们要防止在扫描仪脉冲计时的系统误差和测距技术中的不确定间隔的缺陷所引起的误差。需要运用一些好的技术处理相应发生的各种突变的误差，相对于激光测距误差综合体现为i测距中的固定误差和比例误差，我们可以用仪器检定确定测距误差的大小。在扫描角上引起的误差可以通过保证其水平和竖直的扫描角度，在转动中减少其振动，始终保持精确的角度。
（三）提高测量精度的方法。在相对一样的条件下，通过调整三维激光扫描系统的坐标设定，相应的减少坐标系来调整。从而达到减少坐标系误差的目的。通过减少坐标系堆叠的步数去相应的调整三维激光扫描系统的误差，相应的减少单个曲面片坐标系的堆叠的偏差来见减少误差，利用这些方法来加强三维激光扫描技术在测量上的精确度，使三维激光扫描仪的工作能够更加有效的开展。在这其中，数减少单个面片坐标系堆叠便宜误差的方法的控制效果最为明显。
五、三维激光扫描仪技术在将来的发展
比较现在的三维激光扫描技术的发展现状，我们知道在未来，这项技术会有更加广泛地发招空间以及明确的发展方向；通过自身的技术力量发展降低国内在三维激光扫描仪器的价格，提升我国的市场。规范三维激光扫描仪器的数据处理格式，制定相关的数据标准。通过与传统的手段相结合，来克服精度和测距上的矛盾，实现长距离高精度的测量标准。在不断提高技术的基础上，侧重于研究技术核心下的新的测量数据方式，以及测量操作方式，从而提高测量的初始精度，采取改善数据算法的方式来不断降低数据在计算上的误差。
结语
三维激光扫描技术的产生和发展是时代进步的体现，推动了我们身边许多的行业发展和进步。同时这项技术使测量技术领域在数据的提供上，有了更高的精准度。尽管现在的三维激光扫描技术的价格过高，在有些的数据处理和精度测量上存在着缺陷，但我相信随着这项技术的不断研究发展和各种各种的不断合理化与规范化，在不久的将来这项技术一定会在数据处理和精确度上有一个质的飞跃。
参考文献
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关键词：三维激光扫描仪；控制测量；标靶测量；
文物作为一个国家、一个民族文明程度的有效载体，代表着这个国家的历史和底蕴，显示着这个民族的渊源和风采，文物保护工作对两个文明建设有着十分重要的意义和作用。天龙山石窟是全国重点文物保护单位,是列入世界文化遗产保护名录的国宝。
天龙山佛像实体与三维模型
1 控制网的布设方案
本次天龙山石窟三维激光扫描项目,目的是利用激光三维扫描技术对天龙山石窟进行数字化，实现其再现、保护和仿制，具有重要的社会和经济意义。由于扫描之前没有现成的高等级的控制点可用，因此我们需要首先对天龙山石窟作整体控制测量，以服务后边的标靶点测量。整个控制测量分两部分，平面控制和高程控制。平面控制拟采用城市一级导线测量，高程控制拟采用二等水准测量。
2三维激光扫描仪的特点及原理
三维激光影像扫描仪是一种集成多种高新技术的影像扫描测量系统。主要包括激光测量系统、激光扫描仪、可便携三角架、线缆、便携电脑及控制装置、定标球及标尺、测控软件、信息后处理软件等，同时也集成CCD数字摄影和仪器内部校正等系统。三维激光扫瞄仪是内含扫瞄棱镜的快速激光测距仪，可以快速方便准确地获取近距离静态物体的空间三维模型，以及对模型进行进一步的分析和数据处理。它不需反射棱镜即可精确测得扫瞄点的三维坐标，其扫瞄速度目前可达数万点/秒。其主要优点有：非接触式主动测量，可操作空间小，便于架设。不需要可见光源，所以在黑暗中也可进行测量，这种特点对坑道或自然洞穴的测量非常有帮助；在有可见光源时，可同时获取被测点的色彩值，形成三维影像，可方便建立虚拟实境。三维激光影像扫描仪的核心技术有两个：其一是空间点阵扫描技术，其二是激光无反射棱镜长距离快速测距技术。
三维激光扫描仪的工作过程实际上就是一个不断重复的数据采集和处理过程。它通过具有一定分辨率的空间点坐标x y z 其坐标系是一个与扫描仪设置位置和扫描仪姿态有关的仪器坐标系所组成的点云图来表达系统对目标物体表面的采样结果。三维激光扫描仪所得到的原始观测数据主要是： (1)激光束的水平方向值和竖直方向值(2)仪器到扫描点的距离值(3)扫描点的反射强度等。
前两种数据用来计算扫描点的三维坐标值的,反射强度则用来给反射点匹配颜色脉冲。
3求解三维坐标原理
非接触式三维数据获取方法按其测量原理的不同，大致分为光学测量、超声波测量，电磁波测量等。其中，超声波测量和电磁波测量在医学应用中比较广泛，在空间信息科学领域里，光学测量方法应用最普遍且一般采用激光作为光源。本文研究的主体就是三维激光扫描仪。激光三维数字化仪利用某种与物体表面发生相互作用的物理现象来获取其三维信息。
原理：基于脉冲飞行时间测距。此类三维激光扫描仪利用激光脉冲发射器周期地驱动一激光二极管向物体发射近红外波长的激光束，然后由接收器接收目标表面后向反射信号,产生一接收信号，利用一稳定的石英时钟对发射与接收时间差作计数，又光的速度是常量，所以可测得被测目标至扫描中心的距离S，精密时钟控制编码器同步测量每个激光脉冲横向扫描角度观测值α和纵向扫描角度观测值θ。激光扫描系统一般使用仪器自己定义的坐标系统：X轴在横向扫描面内，Y轴在横向扫描面内与X轴垂直，Z轴与横向扫描面垂直(如图1所示)。内部伺服马达系统精密控制多面反射棱镜的转动，使脉冲激光束沿X、Y两个方向快速扫描,实现高精度的小角度扫描间隔、大范围扫描幅度。通过一个线元素和两个角元素计算空间点位的X、Y、Z坐标，空间点坐标的计算公式如下：
4 标靶的布设方案及实施
扫描仪标靶是一种扫描仪配套的能精确识别其中心的像竖着的乒乓球拍形状的标靶，分为底座和标靶面两部分，标靶面可以绕着标靶中心旋转。标靶点作为转换坐标和控制误差的控制点，一般要分布均匀，保证有足够的密度，能控制整个建筑而且易于扫描和短期保留。在布设时需要根据实际需求，针对需要扫描的目标确定标靶的个数和位置。为了方便标靶辨认，我们对所测标靶点统一编上号，这样每个标靶都有自己的编号，这样扫描完内业处理时就不会认错标靶。
水平角观测：在角度测量中，为了消除视准轴误差、水平轴倾斜误差、照准部转动时的弹性带动误差等仪器误差，需要用盘左和盘右两个位置进行观测。为了有效减弱各种误差影响，保证观测果的必要精度，水平角观测采用全圆方向观测法。测量时，由于标靶距离一般都比较短，所以为了减少照准误差，我们在后视点上竖上一枚大头针，这样就大大减少了后视的照准误差。
竖直角观测：用十字丝横丝横切目标于某一位置，竖直角观测有两种方法：中丝法和三丝法，我们用的是中丝法，即只用十字丝的中丝瞄准目标。在测站上安置仪器，对中、整平量取仪器高，测水平角的同时测量竖直角。
距离和高差测量：在瞄准目标后，测出测站到标靶点中心的水平距离，并且按三角高程测量计算出测站和标靶中心间的高差，显示到全站仪屏幕上。
结束语：
三维激光扫描仪最大的特点就是能建立高清晰的三维数字模型，不仅能对古迹当时的真实面貌进行再现，而且可将扫描数据直接转换成CAD数据资料。这就很好地解决了长久以来文物古迹保护的难题：没有用于维护和翻新的古迹的CAD数字资料。模型建立后，可对物体上的任意点、尺寸进行量测量，通过扫描的精度比较可以看出，用三维激光扫描仪扫描的数据结果可以非常精确地测出建筑物及物体的尺寸，完全可以代替传统的测量方法。与传统的古建测量相比，三维激光测量能在不损伤建筑物的条件下，快速采集建筑物外部表面的精确数据，节省了大量的人力物力，可以做到花最合理的价格，最大效率地完成所需的工作。
参考文献
[1]《城市测量规范》，（GBCJJ 8―99）
[2]《工程测量规范》，（GB50026―93）
[3]《控制测量学》，孔祥元等编著，武汉大学出版社，2001
[4]《控制测量学》，杨国清等编著，黄河水利出版社，2005
[5]《测量学》，陆国胜等编著，测绘出版社，2002
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【关键词】足踝部外伤；计算机体层摄影；图像处理；三维重建
文章编号：1009-5519（2008）23-3506-02 中图分类号：R81 文献标识码：A
足踝部骨折临床多见，结构复杂，重叠较多，普通X线片及常规横轴位CT很难全面完整地显示骨折及骨碎片，而CT三维重建技术不断完善，图像质量不断提高，能更好地显示足踝部骨折的立体形态，更有利于临床分型及手术治疗。回顾性分析我院自2005~2008年螺旋CT对足部外伤病例进行三维重建的处理，并从中选出具有代表性的45例经临床、手术证实的足踝部骨折进行分析。
1 资料与方法
1.1 临床资料：本组45例，男28例，女17例，年龄14~67岁，平均34.5岁。受伤原因：车祸伤16例，坠落伤15例，扭伤14例，45例足踝部骨折均进行X线正侧位平片、螺旋CT扫描，并行三维重建。
1.2 方法：采用西门子多排螺旋CT机(SIEMENS SOMATOM SENSATION)进行扫描，各病例扫描条件均相同，扫描层厚1～1.35 mm，螺距1∶1，重建1 mm。在获得优质的横断图像后寻找出感兴趣（VOI）的足部部位，用扫描保留下的原始数据进行薄层重建，其间采用三维重建中的遮罩（Mask）功能删除多余的结构如石膏固定板，排除组织结构之间的干扰后，使用表面重建（SSD）、容积重建（VR）及多平面重建（MPR）等方法处理，将图像任意转动，取最佳角度观察，也可将VOI的部分进行编辑（Edit），并捕获为512×512的新系列图组。
2 结果
本组45例骨折病人中，采用SSD、VR及MPR处理后，骨折端均完整性表现出来，尤其是对较为复杂的足踝部多处骨折、碎裂、分离、小骨片及游离骨块的数量均能很好地显示，见图1~4。
3 讨论
足踝部由多块骨骼组成，结构复杂，骨折范围广泛，包括踝关节、跟骨、距骨、舟骨、楔骨、骰骨及趾骨等骨折，无论哪块骨折都会引起相应症状和体征，足部中踝关节为人体最大的负重屈戍关节，局部缺乏软组织保护，骨折的类型也复杂多样，X线片及常规CT虽然可显示各型骨折的骨折位置、成角、分离和骨折断端形态，但是X线片为平面图像，对足踝部骨折进行全面诊断很困难，而常规CT扫描为横轴位扫描，也存在一定的局限性，对骨折部位的大小及移位程度无法立体显示，缺乏在整体上对骨折的全面认识[1]，所以，二者对结构复杂的足踝部骨折，往往由于其结构的重叠、干扰，不能准确地做出诊断，不能确定骨折片及游离块的准确位置及其与踝关节的相互关系，甚至于误诊、漏诊。国内有报道单评踝关节X线正侧位平片漏诊率为14%[2]，而螺旋CT通过其优质的二维横断图像及三维重建，可以从不同的角度、多个平面进行观察，克服了X线平片及常规CT扫描中对此的弊端，它可以全面、准确地显示病变的情况，为外科术前准备提供重要依据。
在实际工作中要获得满意的三维图像，提高诊断的准确性，在扫描中应尽量取得病人的合作，力求双侧对称，扫描期间禁动，以减少运动伪影，操作时动作要熟练、准确。选择好扫描参数，最好采用1~1.35 mm的层厚，1∶1螺距，1 mm重建扫描，这样生成的三维图像就越平滑，同时尽可能放大兴趣区的二维图像重建，采用旋转图像，多角度、多平面观察，在此基础上，三维重建才能很好地显示复杂骨折的解剖关系及骨外形有无改变等情况。三维图像质量的好坏，取决于层厚，扫描层厚越薄，空间分辨率越高，图像的逼真性就越好[3]。MPR与VR及SSD各有优缺点，MPR重建适用范围最广，是一种日常工作中最实用的重建方式，对无错位的骨折线及骨内部结构病变较VR及SSD有优势；VR重建可调参数多，层次丰富，可根据诊断目的自行设定重建，在整体性、直观性方面有较大的优势，VR及SSD对伴有骨皮质中断，骨的主体结构、骨外形、骨折端错位、骨碎片移位、骨缺损范围具有优势，对于复杂骨折、脱位、畸形效果更好[4]，对软组织及软骨不佳。三维重建还能发现一些平片易漏诊的细微骨折及游离骨块。部分伴有关节腔内碎骨的病例，由于踝关节面与X线束平行，横断面CT在发现碎骨方面有较大的局限性，三维重建起了关键作用[2]。MPR与VR及SSD同时使用，互为补充，重建的数量以显示病情和临床需要为原则，并非越多越好。
三维重建对机器性能、工作站的软硬件功能要求较高，易受人为因素的干扰，如阈值的选定、操作者的熟练程度、其对解剖结构的熟悉程度以及诊断水平的高低等因素有关。在实际操作中进行三维重建时应注意以下几点：（1）重建的源图像尺寸应相同。（2）重建的源图像都应平行。（3）重建的源图像的重建中心应一致。（4）重建的源图像越多成像越精确。
总之，螺旋CT扫描在二维横断图像的基础上进行三维重建对足部骨折、踝关节骨折具有较高的诊断价值，能弥补常规CT横轴位及X线平片的局限性，提高足部及踝关节骨折的检出率，避免误诊、漏诊，为临床诊断提供更完整的影像资料。
参考文献：
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