Pintamateriaalin vaikutus Leica P40- ja Leica MS50 -keilainten tarkkuuteen

Abstract

Tämän insinöörityön tarkoituksena on tutkia, millaisia pintamateriaaleja Leica P40- ja MS50- keilaimilla voidaan mitata. Tietyt materiaalit, kuten voimakkaasti heijastavat ja läpinäkyvät pinnat, vaikuttavat lasersäteeseen siten, että etäisyydenmääritys luotettavasti on hyvin haastavaa. Työn tilaaja oli Mittasuora Oy, joka on tehnyt investointeja laserkeilauskalustoon.

Työssä käydään läpi laserin koostumus ja laserkeilainten toimintaperiaatteet. Lisäksi käydään läpi laserkeilauksen tarkkuuden määrittämisessä ja virheiden analysoinnissa käytettäviä tilastomatematiikan käsitteitä sekä kerrotaan, mitä eri virheitä mittauksissa syntyy. Käytetyistä laitteista ja ohjelmista kerrotaan teknisiä tietoja. Tekniset tiedot annetaan Leica P40:stä, Leica MS50:stä, Leica Cyclonesta ja CloudComparesta. Työssä selvitetään myös pistepilvelle asetetut laatuvaatimukset.

Mittauskokeita tehtiin teollisuusalueella ja toimistotalojen pihassa. Kohteiksi valittiin rakennusten julkisivuja, koska ne ovat tyypillinen kohde, jota mallinnetaan laserkeilaamalla. Pyrin valitsemaan kohteita, joissa oli mahdollisimman paljon erilaisia pintamateriaaleja. Kohteita ei mitattu tunnettu koordinaatistoon. Eri kohdista otettiin pieniä näytteitä pistepilvistä ja niiden hajontaa tutkittiin vertaamalla niitä luotettavaan referenssipintaan CloudComparen Iterative Closest Point- ja Cloud-to-Cloud distances -algoritmeja käyttämällä.

Tämän työn lukemalla saa kuvan mitkä kaikki tekijät vaikuttavat ilmassa kulkevaan ja pinnasta heijastuvaan lasersäteeseen ja mitatun pisteen tarkkuuteen, ja millä tavalla pistepilvien laatua voi tutkia CloudCompare-ohjelmalla.

The purpose of this Bachelor's thesis was to study what kind of surface materials can be measured with Leica P40 and MS50 laser scanners. It has been noticed, that glowing and transparent surfaces cause effects to the reflection of the laser beam, that make range measurements unreliable.

To establish this, the consistency of a laser beam and the operations of laser scanners were looked into. The accuracy determination of scanned point clouds, various measurement errors and quantities in statistics used in error analysis were also studied. Technical information about Leica P40 and Leica MS50 laser scanners, as well as Leica Cyclone and CloudCompare software was collected. Quality requirements for point clouds were reviewed.

As test measurements, the facades of an industrial zone and some office blocks were measured because they are typical objects for laser scanning and 3D-modelling. These targets were chosen because of their many different surface materials. Measurements were not made in any known coordinate system.

Small samples were taken from the measured point clouds. The samples were compared to a dense and flat reference cloud and then analyzed by using the algorithms Iterative Closest Point and Cloud-to-Cloud distances of CloudCompare software.

The thesis established the factors that affect a laser beam in the air and, when it reflects from a surface, how the factors cause various errors to measurements and how CloudCompare software can be used to analyze the quality of the measured point clouds.