Trimble X7 изнутри: технология X-Drive

Это перевод на русский язык статьи “Inside the Trimble X7: Deep Dive into Trimble X-Drive Technology”. С исходной версией данной статьи на английском языке вы можете ознакомиться здесь.

Как работает технология X-Drive в сканере Trimble X7

Чем Trimble X7 визуально отличается от других сканеров?

Без видимого зеркала его центральный блок больше похож на тахеометр, чем на сканер. В действительности, с системой двойного вертикального привода X7 получил возможности, общие для инструментов обоих типов. В системе совмещены сервопривод от тахеометров геодезического класса точности и защищенное сканирующее зеркало, что позволило реализовать функцию автокалибровки и многое другое.

Действительно ли автоматическое само-горизонтирование означает, что оно выполняется без физического вмешательства пользователя?

Некоторые сканеры могут определять наклон во всех направлениях и не требовать горизонтирования вручную, но они не точные. Другие могут иметь точность установки геодезического класса, но для горизонтирования нужно использовать трегер. Trimble X7 позволяет выполнять само-горизонтирование и с высокой точностью, и в полностью автоматическом режиме, обеспечивая качественные данные сканирования.

Цель данной статьи заключается в пояснении сути технологии Trimble X-Drive и её преимуществ для лазерного сканирования. В ней будут рассмотрены следующие вопросы:

• Центральный блок Trimble X7
  • Система вертикального отклонения X-Drive
  • Автоматическое само-горизонтирование
  • Система интегрированных камер
• Перечень характеристик и их преимуществ

Центральный блок Trimble X7

Множество технических инноваций Trimble X7 заключается в уникальной конструкции центрального блока. В защищенном центральном блоке расположены сервопривод геодезического класса точности, совмещенный с системой высокоскоростного сканирования, встроенные датчики наклона для автогоризонтирования, система откалиброванных соосных камер для быстрого сбора изображений и лазерный указатель для измерения отдельных точек и выполнения геопривязки.

Двойная система вертикальной развертки X-Drive

X-Drive - первая в мире система двойного привода для отклонения по вертикали, объединившая сервопривод геодезического класса точности с высокоскоростным сканирующим зеркалом. Хорошо известная концепция вертикального сервопривода в тахеометрах плюс система высокоскоростной развертки позволили сканеру X7 получить дополнительные возможности, такие как автокалибровка, измерение наклона и лазерный указатель. Привод вертикального круга и система декодирования угла все также интегрированы в алидаду, поэтому весь центральный блок, включающий блок развертки и лазер дальномера, может вращаться вокруг горизонтальной оси таким же образом, как блок зрительной трубы в традиционных тахеометрах.

В приводе системы развертки использована технология, специально разработанная для Trimble экспертами в области создания приводов высококачественных жестких дисков. Надежный привод имеет низкое трение и вибрацию, малое энергопотребление, и бесшумен настолько, что вы не слышите работу сканера. Продолжительный срок службы сервопривода сокращает стоимость обслуживания и является одной из причин, по которой Trimble X7 получил стандартную гарантию в два года.

Другая механическая особенность – это сделанное из поликарбоната окно сканирования 360°, которое защищает вращающееся зеркало сканера. Материал окна специально оптимизирован для длины волны дальномера и защищает его от солнечного света, не снижая дальности и точности. Окно имеет прозрачность стекла, но защищено от механических воздействий и температуры и отлично подходит для сложных оптических условий. Конструкция окна обеспечивает Trimble X7 защиту от проникновения пыли и воды по стандарту IP55 и безопасную работу вращающегося зеркала развертки.

Автоматическое само-горизонтирование

Trimble X7 выполняет автоматическое само-горизонтирование перед каждым сканом. Точное горизонтирование – одно из важнейших условий для быстрой регистрации сканов и обеспечения качества в результате сокращения ошибок и времени из-за вмешательства пользователя.

Обычно лазерные сканеры сталкиваются с проблемами либо при высокоточном горизонтировании в широком диапазоне наклонов, либо при достижении необходимой высокой точности горизонтирования. Сканеры могут иметь точные датчики наклона, но их ограниченный диапазон компенсации приводит к необходимости точного горизонтирования инструмента пользователем вручную. Этот процесс требует навыка и времени. Другие сканеры имеют датчики с широким диапазоном, но с низкой точностью, поэтому сканируют при любой ориентировке без обеспечения горизонтального положения с геодезической точностью.

X7 использует простой процесс само-горизонтирования, показанный ниже по шагам:

Система обеспечивает высокоточную компенсацию наклона, если инструмент установлен в рабочем диапазоне до 10° по любому направлению от вертикальной оси как в прямом, так и перевернутом состоянии. Сканы горизонтируются с точностью менее 3” (трех угловых секунд), что соответствует 0.3мм на 20м. Хотя установку в диапазоне до 10° легко выполнить на глаз, дополнительная световая индикация также позволяет определить, когда штатив необходимо выровнять. Этот процесс очень быстр и не требует особых навыков.

Горизонтирование с геодезической точностью гарантирует качество ваших измерений. Само-горизонтирование обеспечивает точность, которой вы можете доверять, без привлечения целей или дополнительного геодезического обоснования при проверке ровности полов или вертикальности колонн или стен. Например, при определении вертикальности стены в 10м вы получите дополнительную погрешность (вызванную только неточностью горизонтирования) всего 0.14мм, а при определении ровности пола на 20м - 0.3мм.  Некоторые сканеры без возможности точного горизонтирования получают погрешности более 8мм на 10м и более 17мм на 20м.

Функция само-горизонтирования должна быть активирована для возможности регистрации сразу в поле. Если Trimble X7 наклонён более чем на 10°, но менее 45°, то записываемые сканы будут примерно отгоризонтированы, но без гарантии точности в 3”. Такой скан будет помечен как "Не горизонтирован", однако программа Perspective попытается автоматически зарегистрировать и его, если зона перекрытия будет достаточной. Если инструмент наклонен более 45° по любому направлению от вертикальной оси, то программа Perspective выдаст сообщение об ошибке и не позволит начать сканирование. Когда сканер повернут вверх ногами и находится в пределах 10° от вертикальной оси, то скан также будет отгоризонтирован с геодезическим уровнем точности, а затем автоматически перевернут в правильное положение. Также “разумная” само-калибровка имеет возможность контроля горизонтирования в реальном времени, которая остановит процесс в случае нарушения наклона инструмента в ходе сканирования.

Система интегрированных камер

В Trimble X7 интегрирована система из трех соосных камер по 10 мегапикселей. Разрешение каждого изображения составляет 3840 x 2746 пикселей, каждое с индивидуальным полем зрения для оптимизации покрытия и производительности. Соосная механическая конструкция и согласование оптических осей камер с центром системы подвеса минимизирует параллакс между изображениями и сканами.

Время сбора изображений зависит от выбранного режима. Вы можете выбрать режим с 15 или 30 изображениями. В нормальных условиях освещения на сбор 15 изображений требуется одна минута, а на 30 изображений – 2 минуты с автоэкспозицией. Режим с 15 изображениями делает фотографии в шести положениях (при повороте по горизонтали через 60°). Режим с 30 изображениями делает фотографии в 12 положениях (при повороте по горизонтали через 30°). Режим с 30 изображениями улучшает общее окрашивание сканов и качество панорам, особенно в сложных условиях с преобладанием окклюзии. Большее число изображений улучшает окрашивание, но увеличивает время записи и обработки. Режим с 15 изображениями обеспечивает хорошее качество в простых условиях с малой окклюзией.

Имеется также режим съемки изображений с расширенным динамическим диапазоном (HDR), при котором в каждом положении снимается два дополнительных изображения с различной экспозицией, в результате чего при их слиянии достигается оптимальный уровень яркости для наилучшей передачи цветов и деталей в очень светлых и темных зонах. HDR требует 3 минуты для записи 15 изображений и 6 минут – для записи 30 изображений.

Для устранения нереалистичных оттенков цвета имеется настройка с поправкой баланса белого, поэтому белые в натуре объекты будут визуализироваться как белые на изображении. Правильный баланс белого также принимает в расчет цветовую температуру источника, которая соответствует относительно теплому или холодному белому цвету. Автоматическая поправка баланса белого вводится в программе, а предустановленные настройки для сканирования внутри и снаружи помещений вводятся непосредственно в самом сканере. Ниже приведены общие правила для использования каждой настройки:

• Авто – рекомендуется, когда условия освещения трудноопределимы
• Солнечно – снаружи помещений на ярком солнечном свете
• Облачно - снаружи помещений в пасмурную погоду
• Люминесцентное белое – внутри помещений при ярком холодном люминесцентном освещении
• Лампа накаливания - внутри помещений при более естественном освещении ламп накаливания

Окрашивание сканов и создание качественных панорам выполняется при экспорте проекта из программы Perspective. Отдельные сканы из списка станций могут быть также обработаны и в поле. При создании панорамы будут использоваться реальные расстояния из облака точек для минимизации несоответствий, а плавное сопряжение будет устранять разрывы между изображениями и дублирование объектов. Ниже приведены примеры панорамы и окрашенных сканов.

Перечень характеристик и их преимуществ