Theorie und Praxis des terrestrischen Laserscannings - Página web ...

2.6.2. Objektbasierte Fehler
Da Scanner die Reflektion eines Laserstrahls von einer Oberfläche messen, haben wir die
physikalischen Reflexionsgesetze und die optischen Eigenschaften des Materials zu
berücksichtigen. Die Oberflächereflexion des monochromatischen Licht verursacht
normalerweise Reflexionsstrahlen in viele Richtungen. Diese Art isotroper (diffuser) Reflexion
(Abb. 24) wird im Lambertschen Kosinussatz dargestellt:
I ( λ)
= I ( λ).
k ( λ).cos(
θ )
reflected
i
d
Mit
Ii (λ) = die Intensität des einfallenden Lichts als Funktion der Wellenlänge (Farbe);
kd(λ) = der diffuse Reflektionskoeffizient der ebenfalls eine Funktion der Wellenlänge ist;
θ = der Winkel zwischen dem einfallenden Licht und dem Normalvektor zur Oberfläche;
Abbildung 24: Die Lambertsche Oberflächenreflexion
Die Formel macht deutlich, dass der Laserstrahl durch die Absorbtion des Signals, durch die
Reflexion des Materials und durch den Einfallswinkel beeinflusst wird. Das bedeuted, dass für
sehr dunkle (schwarze) Oberflächen, die das meiste des sichtbaren Spektrums absorbieren, das
reflektierte Signal sehr schwach sein wird; demzufolge wird die Punktgenauigkeit verrauscht
sein. Oberflächen mit einem hohen Reflexionsgrad geben eine verlässlichere und präzisere
Entfernungsmessung. Wenn allerdings die Oberflächenreflexion sehr hoch ist
(Metalloberflächen, rückstrahlende Bänder ...), wird der auftreffende Strahl vollständig
abgelenkt und auf eine andere Oberfläche treffen oder auch vollkommen gestreut. Diese
Ablenkung läuft darauf hinaus, dass der Punkt, der gemessen wird, nicht der Punkt ist, den der
Laser anpeilt, sondern ein anderer oder überhaupt kein realer Objektpunkt ist, sondern durch
Streuung in der Luft zustande kam. Dieser Rauschtypus wird Speckle-Rauschen genannt.
Oberflächen mit unterschiedlichem Reflexionsgrad führen ebenfalls zu systematischen
Messfehlern; manchmal zu größeren als die Standardabweichung einer Einzelmessung [21].
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