設備總覽

設備分成四類

本頁依設備在「點的形成」中扮演的角色，把產生 SLAM 點雲的設備分成四類。這是為了說明而做的編排，不是標準分類。

• 主動測距：光達（LiDAR）自己發射雷射並量測回波，直接得到距離與方向。本頁依掃描機構分為旋轉式多線、非重複掃描稜鏡式、固態與 MEMS、單線旋轉或擺動四種；地面雷射掃描儀（terrestrial laser scanner, TLS）也屬主動測距，但架在三腳架上靜止量測。
• 影像：相機接收光線，以三角測量（triangulation）求深度。立體相機比對兩台相機的影像，RGB-D 相機另有深度感測，單眼相機只有方向，需要移動與額外的尺度資訊。展示間另有一項 LiDAR 加相機的設備：LiDAR 給出點的位置，相機為點上色。
• 運動：慣性量測單元（inertial measurement unit, IMU）量測角速度與比力。它不產生點，但提供每個點量測當下的姿態與運動。
• 參考：全測站與 GNSS 提供獨立的位置，用來建立控制點、評估軌跡，或把地圖對到測量座標。

從一次量測到地圖上的一個點

不論感測器是哪一種，一個點都要走過同一條轉換鏈。以 LiDAR 為例，一次量測先得到距離 $r$ 與光束的單位方向 $\mathbf d$，也就是感測器座標系（sensor frame）中的點 $\mathbf p_s=r\,\mathbf d$；再以外參（extrinsic parameters） $\mathbf T_{bs}$ 搬到機體座標系，最後以量測時刻 $t$ 的位姿（pose） $\mathbf T_{wb}(t)$ 搬到地圖座標系：

這是剛體轉換的一般關係，推導與誤差傳遞見 F-01 一個點如何落到地圖上。相機的差別只在前段：以立體相機為例，深度來自左右影像的視差，方向來自像素位置。下方動畫把這條鏈拆成八步；圖中的地圖座標系以建圖起點為原點，這是 SLAM 地圖常見的作法，它不一定是工地的測量座標系。

文獻中各類設備的角色

本站的設備紀錄共有 1,976 個條目、2,734 筆使用紀錄，出自 451 篇已查證文獻。下圖比較各類設備被當作方法輸入、資料集感測器，以及參考或真值量測的文獻篇數。

LiDAR 被當作方法輸入的文獻有 189 篇，當作參考或真值量測的有 9 篇。地面雷射掃描儀、全測站與 GNSS 接收器的分布不同：地面雷射掃描儀作為參考或真值的文獻 53 篇、作為方法輸入 11 篇；全測站作為參考或真值 40 篇、作為方法輸入 1 篇；GNSS 接收器作為參考或真值 65 篇、作為方法輸入 14 篇。

論文中的感測器平台

以下 7 張圖取自以開放授權發布的論文，內容包括手持感測桿與手持資料收集裝置、商用手持掃描器的旋轉測距頭、施工現場架設的地面雷射掃描儀、施工機器人平台與無人機的感測器配置，其中數張標出供全測站追蹤、作為真值的稜鏡。每張圖附出處、圖號、授權、原始來源與本站所做的修改。

本區怎麼讀

本頁是「設備與生成」一區的入口。建議先看上方的轉換鏈，再依感興趣的設備閱讀 D-02 至 D-04，接著以 D-05 至 D-07 串起融合與完整流程，彩色點雲見 D-08。

1. D-02 測距原理：雷射如何由回波量出距離，以及回波強度與表面、距離的關係。
2. D-03 掃描機構與掃描樣式：旋轉、稜鏡、微鏡、擺動與地面掃描儀的光束如何掃過空間，留下什麼樣的點分布。
3. D-04 相機與深度相機：單眼、立體與深度相機如何由影像得到方向與深度。
4. D-05 IMU 與多感測器融合：IMU 量測什麼，以及如何與 LiDAR 或相機融合估計位姿。
5. D-06 攜帶平台與作業方式：手持、背負、推車、輪式與足式機器人、無人機等平台的運動如何影響掃描。
6. D-07 從量測到點雲地圖：由原始量測到點雲地圖的完整流程，包括同步、去畸變、配準與累積。
7. D-08 彩色點雲：LiDAR 加相機：LiDAR 與相機如何組成彩色點雲：投影取色、外參與時間同步，以及遮擋與曝光。

點如何由量測轉換成座標，數學與誤差傳遞見 F-01；各型號的原文紀錄見 M-03 設備與感測器；工地上的驗證證據見 C-02 工地證據與資料集。

本站的證據基礎與缺口

以下數字在建置時由本站資料檔計算，只描述已查證紀錄的分布，不是對設備或方法的評價。

LiDAR 的四種掃描機構在設備紀錄中沒有獨立的類別。依紀錄原文的用詞歸類（編者規則，一個條目可能符合數種描述）：旋轉式多線 LiDAR（原文含「spinning、rotating、mechanical，或寫出線數、通道數」）82 個條目、210 篇文獻；非重複掃描稜鏡式 LiDAR（原文含「non-repetitive、Risley 或 prism」）6 個條目、51 篇文獻；固態與 MEMS LiDAR（原文含「MEMS 或 micro-mirror」）0 個條目、0 篇文獻；單線旋轉或擺動 LiDAR（原文含「2D、single-line 或 line scanner」）43 個條目、77 篇文獻。另有 10 個 LiDAR 條目的原文稱其為 solid-state。

與本頁設備相關的方法卡片：LOAM、Continuous 3D scan-matching (Bosse and Zlot)、Zebedee、Loam_livox、LiLi-OM、SSL_SLAM、FAST-LIO2、KinectFusion、ORB-SLAM2、BIM-Tracker。

下一步：從 D-02 測距原理 開始，看雷射如何由回波量出距離。