Laserscannen klingt nach Hochtechnologie, das Prinzip ist aber einfach. Ein Laserscanner ist im Kern ein Lasermessgerät, das sich um zwei Achsen dreht und dabei in sehr kurzer Zeit eine enorme Zahl von Entfernungen misst. Diese Seite erklärt die Funktionsweise Schritt für Schritt: wie der Scanner misst, wie aus vielen Einzelscans ein Gesamtbild entsteht und was die Dichte der Punkte bedeutet.
Das Messprinzip des Laserscanners
Die Entfernungsmessung per Laser kennen viele vom Handmessgerät aus dem Baumarkt. Ein terrestrischer Laserscanner arbeitet ähnlich, unterscheidet sich aber in der Qualität des Lasers und in der internen Verarbeitung vieler Millionen Messpunkte. Ein Spiegel lenkt den Strahl in vertikaler Richtung ab, während sich das Gerät langsam um die eigene Achse dreht. So tastet der Strahl die gesamte Umgebung kugelförmig ab.
Zur Veranschaulichung: Eine Million Messungen von Hand wären eine Arbeit von Wochen. Ein terrestrischer Laserscanner schafft das innerhalb einer Minute.
Laufzeit- und Phasenvergleichsverfahren
Für die Distanzmessung gibt es zwei verbreitete Verfahren. Beim Laufzeitverfahren misst das Gerät die Zeit, die ein Lichtimpuls bis zur Oberfläche und zurück braucht. Beim Phasenvergleich wird ein modulierter Laserstrahl ausgesandt und die Verschiebung zwischen ausgesandter und empfangener Welle ausgewertet. Welches Verfahren ein Gerät nutzt und welche Reichweite und Messrate es erreicht, hängt vom Hersteller und Modell ab.
Rohdaten: was ein einzelner Messpunkt enthält
„Die Rohdaten, die durch einen Laserscanner erzeugt werden, sind Messwerttripel, bestehend aus einer gemessenen Schrägdistanz sowie je einem Wert für die Horizontal- und Vertikalablenkung. Für die Distanzmessung kommen je nach Hersteller unterschiedliche Verfahren zur Anwendung.“ – Quelle: Wikipedia
Damit ist das Wesentliche gesagt. Bekannt sind der horizontale und der vertikale Winkel sowie die Entfernung zwischen Scanner und dem Punkt, an dem der Laser auf eine Oberfläche traf. Daraus berechnet die Software für jeden Punkt Koordinaten im Raum. Zusätzlich speichert der Scanner meist die Intensität des zurückkommenden Signals; über die eingebaute Kamera kann jedem Punkt eine Farbe zugeordnet werden. Für ein 3D-Modell lassen sich aus benachbarten Punkten außerdem Flächennormalen ableiten.
Punktdichte und Auflösung des Scans
Wie dicht die Punkte auf einer Oberfläche liegen, hängt von der eingestellten Auflösung und von der Entfernung ab: Je weiter eine Wand vom Scanner entfernt ist, desto größer werden die Abstände zwischen den Punkten. Auch der Auftreffwinkel spielt eine Rolle; streifend getroffene Flächen werden schlechter erfasst als frontal getroffene. Deshalb wird die Auflösung je nach Aufgabe gewählt: Für Grundrisse genügt eine geringere Dichte, für Fassadendetails oder Zierelemente wird feiner gescannt oder näher aufgestellt.
Registrierung: das Zusammensetzen der Scans
Ein einzelner Standpunkt sieht nie alles. Deshalb wird von vielen Standpunkten aus gescannt, und die Einzelscans werden anschließend zu einer gemeinsamen Punktwolke verknüpft. Dieser Schritt heißt Registrierung und verlangt ein gutes Verständnis der Technik und der Software.
Das Grundprinzip: Im Raum werden Zielmarken aufgestellt. Drei Zielmarken ergeben ein Dreieck; die Software sucht in verschiedenen Scans übereinstimmende Dreiecke und setzt die Scans entsprechend zusammen. Moderne Programme können Scans zusätzlich anhand der Geometrie selbst ausrichten, die sogenannte Cloud-to-Cloud-Registrierung. Programme interpretieren Messwerte allerdings auch falsch. Darum müssen alle Verknüpfungen sorgfältig geprüft und gegebenenfalls manuell nachbearbeitet werden. Das Ergebnis dieser Prüfung wird in einem Genauigkeitsprotokoll festgehalten.
Von der registrierten Punktwolke zur Zeichnung
Sind die Daten registriert, beginnt die Auswertung. Wir legen Schnitte durch die Punktwolke und überführen sie per CAD in eine geeignete Darstellung in 2D oder 3D. Was das für Sie als Auftraggeber bedeutet, also welchen Nutzen der Scan bringt und wo er an Grenzen stößt, lesen Sie unter Vorteile des Laserscannens für Auftraggeber. Unsere Leistung im Überblick finden Sie beim Laserscanning.