Nauwkeurigheid van 3D laserscanners

Goede scandata is geen vast begrip, maar mede afhankelijk van wat je er mee van plan bent. Toch is niet alle scandata gelijk. Het is belangrijk vooraf een betere kwaliteit pointclouds te overwegen. High-end scandata heeft in de praktijk veel voordelen in bijvoorbeeld automatisering. Lang niet alle 3D scandata is hiervoor geschikt.

Het verschil in kwaliteit van scandata is op het eerste oog niet makkelijk te maken. Niet in het plaatje en niet in de offerte. Elke pointcloud ziet er namelijk indrukwekkend uit. Elke offerte belicht vooral de positieve punten. Hoe je erachter komt wat de verschillen zijn – en wat deze betekenen – leggen we uit in de onderstaande pagina.

Een offerte is een gerichte aanbieding voor een specifieke vraag. Het vertelt nooit het hele verhaal van wat er allemaal mogelijk is. 3D scanning kan de basis zijn van een succesvol project, indien het meten en verwerken van de data op de juiste manier gebeurt. Deze pagina legt uit hoe je met goede, betrouwbare pointclouddata processen in de uitwerking kunt versnellen. Er is ook een checklist met de belangrijkste vragen voor een goede pointcloud uitvraag.

Verschillen in 3D scannen en datakwaliteit

3D scanning kent vele toepassingen, in diverse sectoren. Er komen steeds meer betaalbare 3D scanners op de markt. Deze professionele instrumenten zijn wat beperkt in hun mogelijkheden, vandaar de gunstigere prijzen. Zo'n lagere prijs gaat altijd ten koste van iets. Geen enkele scanner kan alles, zelfs niet de allerduurste 3D scanner. Wat wel geldt, is dat een duurdere, zwaardere high-end scanner voor dezelfde toepassing betere data levert. High-end scandata is niet altijd nodig. Toch is het belangrijk te overwegen om een hogere kwaliteit scandata aan te vragen. Veel slimme automatiseringen voor pointclouds werken alleen met high-end scandata, zonder al te veel ruis. Over het algemeen kun je stellen dat met deze automatiseringen enorme kosten bespaard kunnen worden. Het is belangrijk vooraf te bepalen of je deze automatiseringen wil toepassen. Data kan achteraf niet verbeterd worden.

Verschil tussen kosten en waarde

PelserHartman meet in principe alleen met dure high-end scanners. In tegenstelling tot wat je zou denken, zijn onze projecten daarom niet persé duurder. We werken met een slimme planning, die onze scanners een zeer hoge bezettingsgraad geeft. Daarnaast zijn wij concurrerend, omdat topscanners ons sneller, makkelijker en met minder fouten laten werken. De voordelen van goede betrouwbare scandata maken een verschil dat misschien nog overblijft meer dan goed.

Zitten er grote verschillen in de offertes? Onderzoek dan of de opdracht overal goed begrepen is. Kies niet zomaar voor de goedkoopste, of denk dat de duurste beter is. Een goede offerte zou moeten vertellen hoe de prijs tot stand is gekomen. Het vertelt ook waarom er voor een bepaalde datakwaliteit gekozen is en hoe deze kwaliteit gegarandeerd wordt.

Meerwaarde high-end scandata

High-end datakwaliteit betekent betere pointclouds. Deze pointclouds zijn objectief beter, omdat de individuele meetpunten veel accurater zijn. Dit biedt mogelijkheden voor automatisering die op lage kwaliteit data niet werkt, door ruis en ontbrekende details. Pointcloud automatiseringen besparen in de praktijk veel tijd. Het verschil kan een paar uur zijn, wat de werkdruk lager maakt. Bij grote projecten zien we dat het zoveel uitmaakt, dat het de totale offerteprijs van een project drastisch laat zakken.

Het kan dus de moeite waard zijn meer te investeren in de datakwaliteit. Later gaan we in op verschillen in datakwaliteit en zaken als scanresolutie en scandekking. Deze zijn namelijk niet hetzelfde. Verkeerde interpretatie kan later in het proces problemen opleveren.

Niet alles meer hoeven tekenen

High-end scanning wordt steeds beter. Niet alles hoeft hierdoor (direct) getekend te worden. Betere pointclouds helpen besparen op tekenwerk door:

  • lichtere, beter bewerkbare bestanden
  • mogelijkheid tot automatisering door minder ruis
  • betere viewers met betrouwbaardere data

Dit betekent:

  • sneller modelleren
  • mogelijkheid tot automatische clash-detections
  • betere orthofoto’s, die documentatie op zichzelf zijn
  • betere analyses, zoals deformatie-analyse

High-end scandata delen met BIM

Bedenk ook of je de meetkosten voor scandata met meerdere partijen kunt delen. In BIM-processen is het verstandig dat iedereen met dezelfde nauwkeurige meetdata werkt. Ook kan het uitwerken van de meetdata voor meerdere doeleinden ingezet worden. Dit verlaagt de kosten voor iedere partner in het BIM-proces. Het is onze ervaring dat het delen van meetdata in de praktijk alleen lukt met de hoogste datakwaliteit.

Een voorbeeld van een high-end scanner is de Z+F Imager 5016. De scanner is licht en compact, bevat een grote 5,7 inch touchscreen voor gebruiksgemak, maar heeft nog steeds een zeer accuraat meetresultaat op 360 meter.

Prijzen pointclouds vergelijken

Het is belangrijk om bij het vergelijken van een offerte geen appels met peren te vergelijken. Verschil in prijzen van pointclouds kunnen gunstige inkoop betekenen. Het kan ook een verkeerde zuinigheid zijn die pas ver in het uitvoeringstraject duidelijk wordt.

In de praktijk blijkt dat niet iedere aanbieder de techniek en zijn beperkingen volledig begrijpt. Misplaatst vertrouwen in het eigen product of miscommunicatie met de opdrachtgever kan van kwalitatief goede scandata de verkeerde data maken. Andersom kan de juiste werkwijze met de verkeerde hardware of software ook grote problemen opleveren. In principe bestaan er geen slechte 3D scanners, alleen ongeschikte.

Pointclouds kunnen in verschillende mate fout of ongeschikt zijn, afhankelijk van de opdracht en de scanpartij. Het is belangrijk deze onduidelijkheid vooraf te tackelen, omdat een pointcloud achteraf nooit verbeterd kan worden. Het is ook belangrijk op te letten of iets wat een high-end pointcloud is, ook werkelijk levert wat het belooft.

Kwaliteit van scanners en scandata

We merken grote verschillen in datakwaliteit tussen de duurdere high-end 3D scanners en nog steeds relatief dure low-end 3D scanners. Het verschil in kwaliteit is niet direct duidelijk, want elke pointcloud ziet er indrukwekkend uit. Een onafhankelijke controle met een tweede instrument (vaak achteraf, na constatering van de fout) brengt de onnauwkeurigheid aan het licht.

Prijs zegt niet alles. Toch levert goedkopere scanapparatuur in de 3D meetbranche meestal kwalitatief minder goede data. De keuze voor de voordelige optie is daarmee niet slecht. Wel is het verstandig werkelijk te begrijpen waarom dit een goede keuze zou zijn. Te lage kwaliteit meetdata is achteraf niet meer te veranderen in een hogere kwaliteit. Betere kwaliteit scandata is voor meerdere toepassingen bruikbaar, waardoor kosten gedeeld kunnen worden.

De juiste scanner voor het project

Is er een auto die alles kan? Verhuizen, op ruw terrein rijden, racen, kamperen, 60 mensen vervoeren en speciaal zwaartransport? Niet iedere scanner kan alles, maar sommige scanners zijn veelzijdiger dan anderen. Wil je een vluchtplan maken? Of plattegronden voor eenvoudig facilitair werk? Dan heb je aan een simpele scanner voldoende.

Projecten in de bouw vereisen vaak een zware highe-end terrestrial scanner voor voldoende nauwkeurigheid. Deze scanners hebben meestal een goede landmeetkundige compensator. Een compensator maakt betrouwbaardere meetpunten in situaties waar de scanner beweegt, zoals wind, trillingen of een bewegende ondergrond.

Leica P40 3D scanner voor de Gruyterfabriek

De high-end Leica P40 3D scanner voor ons kantoor in de Gruyterfabriek in Den Bosch.

Maataccuratie, resolutie, scandekking

Maataccuratie, scanresolutie en scandekking zijn begrippen die in de praktijk door elkaar gehaald worden. De juiste afstemming van deze 3 maakt het verschil tussen een succesvol en betaalbaar project en een duurkoop.

Verschil maataccuratie en scanresolutie

De maataccuratie zegt iets over hoeveel het meetpunt afwijkt van de werkelijke positie. We spreken dan over de nauwkeurigheid. De scanresolutie is de afstand tussen twee punten. Het bepaalt het detailniveau van de scan en de hoeveelheid informatie in de 3D scan. Deze worden in de praktijk regelmatig door elkaar gehaald. Dat is niet altijd een probleem, maar je moet wel weten wat het verschil is om dat in te kunnen schatten.

Let op dat je met zowel maataccuratie als scanresolutie te hoog en te laag kunt zitten. Te laag zorgt in beide gevallen voor inferieure scandata die onbruikbaar is voor automatisering. Te hoog maakt de meting te duur. Een te hoge scanresolutie zorgt daarbij voor een zware, traag bewerkbare pointcloud.

Lage scan resolutie en hoge scan resolutie uitgelegd

Schematische weergave van de resolutie. De linker afbeelding heeft een lagere resolutie dan de rechter. Let op: een hogere resolutie is duurder en moeilijker te bewerken. Het kan interessanter zijn voor een hogere datakwaliteit te kiezen.

Scandekking pointcloud

Naast de mate van detail en nauwkeurigheid, is de dekking van de pointcloud en de hoeveelheid schaduw relevant. Een scanner scant nergens doorheen en zal dus schaduw veroorzaken. Scandekking heeft niet veel te maken met de kwaliteit van de 3D scanner. Scandekking komt door voldoende overlap, niet een betere instelling op de scanner. Het draait meer om het scanplan en hoe de scanoperator het plan uitvoert. Het is belangrijk niet te veel overlap te hebben. Veel scanposities over elkaar heen creëren een dikkere laag punten. Even verderop zul je zien dat dit het meetresultaat niet verbetert.

Scandekking, accuratie en resolutie in de praktijk

Een werkelijke 100% dekking van elk detail is meestal niet mogelijk. Een afwijking van 0,0 millimeter is met terrestrial scanning ook niet mogelijk. Een te hoge resolutie kost veel tijd om te scannen en is te zwaar om te bewerken. Wat nodig is, is dat elk onderdeel in de ruimte goed te zien is. Het moet goed accuraat gemodelleerd kunnen worden op basis van de gemaakte pointcloud. Stem samen met de meetpartij af welke mate van scandekking wenselijk is. Vraag voorbeelden aan en voer voor grote projecten een serie testscans uit om de juiste scandekking te bepalen.

Screenshot van poincloud met een boom met schaduw in de scandekking

De schaduw achter de boom is niet gescand, omdat een 3D scanner nergens doorheen scant. Het is belangrijk meerdere overlappende scans te hebben. De juiste afstemming zorgt voor voldoende overlap in scandekking, zonder hoge kosten of langere bewerkingstijd.

Range noise of ruis 3D scan

Een 3D scanner meet objecten met zeer veel meetpunten in. Het resultaat is een dun plakje punten: de ‘noise sandwich’. Je ziet dit wanneer je diep inzoomt op de pointclouddata. Deze noise sandwich wordt ook wel range noise of ruis genoemd. Hoe dunner deze laag is, hoe accurater de meting. In werkelijkheid liggen deze punten namelijk waarschijnlijk in hetzelfde vlak. De kleur en structuur van het object en de meetafstand beïnvloeden de dikte van de noise sandwich. Daarnaast speelt de verhouding tussen scantijd en resolutie een grote rol. High-end scanners zijn in de praktijk beter in staat deze ruis onder controle te houden. Ze leveren binnen dezelfde tijd en onder dezelfde omstandigheden betere data.

Drie snedes uit verschillende pointclouds. Zo'n snede wordt de ‘noise sandwich’ genoemd. Van boven naar beneden is telkens meer ruis te zien. Het bovenste voorbeeld van 3mm is betere scandata, ondanks het lagere aantal punten. Meer is niet altijd beter.

Kwaliteitsinstelling high-end 3D scanners

Elke scanner heeft een maximaal aantal punten per seconde die gemeten kunnen worden. Een high-end scanner heeft een betere kwaliteitsregelaar. Hiermee kun je beter kiezen tussen extreem veel redelijk goede meetpunten elke seconde, of iets minder, maar zeer nauwkeurige punten. Topscanners maken met de hogere kwaliteitsinstelling een intelligente interpolatie van meerdere metingen. De scanner kiest vervolgens het beste punt. Dit levert een lichte, zeer betrouwbare pointcloud op, met nog steeds vele miljoenen meetpunten. Lang niet elke scanner is hiertoe in staat. De verschillen tussen scanners die deze mogelijkheid wel hebben is nog steeds aanzienlijk. Het hebben van een knopje 'quality setting' is niet voldoende.

Het belang van de scanoperator

Een slimmer lezer zal opgemerkt hebben dat verkeerde instellingen zelfs bij high-end scanners veel meer ruis oplevert. Een professionele scanoperator is om deze reden in veel gevallen onmisbaar. Het gevaar zit erin dat je het niet merkt wanneer de scandata niet optimaal is. Op grote projecten kunnen de bewerkingskosten wel dermate veel hoger worden dat je minder concurrerend wordt.

Conclusie range noise

High-end scanners leveren pointclouds af met een dunnere noise sandwich wanneer alle stappen in het proces kloppen. Kort gezegd kun je stellen dat hoe dunner de noise sandwich is, hoe hoger de datakwaliteit is. Deze high-end scandata vergemakkelijkt en versnelt het tekenwerk. Nog interessanter is dat het ook automatiseringen met de pointcloud mogelijk maakt. (Delen van) het tekenwerk worden hiermee overbodig.

Kalibraties, specificaties en bewijsmateriaal

Goede, betrouwbare scandata is een combinatie van veel factoren. De theoretische factoren worden verder beïnvloed door hoe de scanner en scandata in de praktijk worden gebruikt. High-end 3D scanners werken makkelijker, waardoor de kans op gebruikersfouten aanzienlijk lager wordt. Professionele software biedt meer controle over de bewerking en rapporteert de gevolgen voor de betrouwbaarheid van de data.

Controle vooraf over datakwaliteit

Om er achter te komen of de theoretische datakwaliteit gehaald kan worden, kun je vooraf best veel doen. Vraag altijd naar het kalibratierapport. Scanners moeten namelijk ieder jaar gekalibreerd worden. Vraag dan ook meteen naar de hoek- en afstand nauwkeurigheid van het apparaat. Dit geeft houvast over de kwaliteit van de scanapparatuur en de professionaliteit van het scanbedrijf. Het geeft geen garanties, maar professionele scanpartijen hebben geen moeite met deze gegevens aanleveren.

Maatcontrole tijdens het werk en achteraf

We raden aan om het scanbedrijf te vragen welk bewijs men gaat leveren. Dit helpt de geleverde datakwaliteit in te schatten. Vraag bijvoorbeeld het registratierapport van de pointcloud. Dit is te combineren met het vereffeningsrapport van de data die gemaakt is met de total station, indien van toepassing. Ook is het slim enkele vaste meetpunten aan te laten brengen. Hiermee kan achteraf de meting gecontroleerd worden. Deze vaste meetpunten worden in de uitvoeringsfase ook gebruikt om nauwkeurig meetpunten uit het ontwerp uit te zetten op basis van pointcloud.

Pointcloud checklist

Om zeker te zijn dat de geleverde pointcloud waardevol is voor het ontwerp- en bouwproces is het handig vooraf een aantal vragen goed beantwoord te krijgen. Dit helpt ook om teleurstellingen en meerwerk achteraf te voorkomen.

Deze pointcloud checklist helpt de uitvraag rondom de kwaliteit van de pointcloud scherp te krijgen. Hierdoor ontvang je een goede pointcloud die voldoet aan de door jou gestelde eisen.

Download Pointcloud checklist

Meer weten over 3D scannen?

PelserHartman-3D-scannen-basics-Whitepaper-schaduwWil je graag alle informatie over 3D scanners en betrouwbare scandata overzichtelijk in 1 document hebben? Download dan de whitepaper Wat is 3D scannen? – De basics (versie 1.3, 39 pagina's, 5,5 MB).

De informatie in dit document is bedoeld om breed te informeren over 3D scannen. Wij werken graag mee aan de verdere verspreiding van deze informatie. Dit document of delen daarvan mogen echter niet zonder bronvermelding verwerkt worden of op enige wijze in commerciële zin gebruikt worden zonder uitdrukkelijke toestemming van PelserHartman. Tegen misbruik wordt opgetreden.