che cosa è un laser scanner?

I Laser scanner sono strumenti di misurazione topografici in grado di acquisire in breve tempo le coordinate spaziali di milioni di punti.

Il funzionamento è analogo agli scanner tradizionali cioè quelli piani, l’acquisizione dei dati da parte dello strumento è completamente automatica secondo parametri preimpostati dall’utente che influiscono sia sul tempo di acquisizione più o meno lungo e sia sul dettaglio del rilievo in 3D che si vuole ottenere.

Lo scanner è in grado di misurare la distanza di migliaia di punti in pochi secondi utilizzando un impulso di luce che viene inviato direttamente sull’oggetto da un emettitore, l’impulso, colpisce la superficie dell’oggetto e ritorna indietro dove viene analizzato da un ricevitore. L’analisi del segnale di ritorno determina la posizione nello spazio del punto rilevato rispetto alla posizione dello scanner.

È proprio nella fase di analisi del segnale che avviene la differenziazione dei vari modelli di laser in commercio. Alcuni strumenti determinano la distanza calcolando il tempo che l’impulso laser inviato impiega ad andare e tornare all’apparecchio. Questo procedimento è chiamato TOF (Time Of Flight) cioè a tempo di volo, altri invece calcolano la distanza per comparazione della fase d’onda del segnale luminoso emesso e quello successivamente ricevuto e sono chiamati a differenza di fase, Infine vi sono quelli che utilizzano la triangolazione del segnale. Tutte e tre le tipologie di laser scanner permettono di ottenere le coordinate spaziali di ogni singolo punto rilevato ottenendo così una nuvola di punti (point cloud) che restituisce la superficie in 3D dell’oggetto scansionato.

Le prime due tipologie appartengono alla famiglia dei ranging scanners cioè i laser a misura diretta della distanza dove la posizione dell’emettitore e del ricevitore coincidono. Gli ultimi appartengono alla famiglia dei triangulation scanner utilizzati principalmente nell’industria. Qui l’emettitore e il ricevitore non coincidono ma sono posizionati ad una distanza nota chiamata “base line”. Quest’ultima è utilizzata dall’apparecchio per effettuare i calcoli di triangolazione. I ranging scanner sono utilizzati nel campo dei rilievi topografici terrestri mentre i triangulation scanner sono impiegati per lo più nell’industria meccanica.

La differenza principale tra un apparecchio che utilizza algoritmi per la determinazione della distanza a differenza di fase rispetto ai TOF è quella di ottenere misurazioni della distanza più accurate mentre lo svantaggio è una ridotta portata dello strumento rispetto ai modelli a tempo di volo la scelta di quale laser utilizzare ricade sul professionista.

All’interno di un Laser scanner vi è quindi un emettitore laser che invia un raggio luminoso ad uno specchio prismatico a cui è affidata la scansione verticale dell’oggetto mentre la scansione orizzontale è effettuata dalla rotazione su se stesso dell’apparecchio. In questo modo il ricoprimento delle superfici è quasi totale alcuni apparecchi riescono a rilevare fino a 320° in verticale e 360° in orizzontale.

Gli ultimi laser scanner prodotti, integrano nello stesso corpo macchina, diversi sensori in particolare antenne gps e fotocamere digitali, proprio queste ultime si utilizzano per l’acquisizione fotografica a 360 gradi degli ambienti rilevati permettendo in fase di processamento dati la colorazione delle nuvole di punti con i colori realistici presenti nelle aree rilevate.