iPhone 激光雷达与地球科学应用程序

激光雷达（光探测和测距）是一种常见的遥感技术，用于创建高分辨率的景观和建筑特征三维模型。激光雷达使用激光脉冲来测量到地面或其他特征的距离。传统上，激光雷达扫描仪安装在机载或地面平台上，但现在我们掌握了激光雷达的力量。

Apple 的最新产品 iPhone 12 Pro 和 Pro Max、iPhone 13 Pro 和 Pro Max 以及 iPad Pro 现在配备了内置激光雷达扫描仪，可以创建近距离物体（最远 5 m）的 3D 表示。
新款 iPhone 和 iPad Pro 上的内置激光雷达扫描仪提供了一种简单的手持方式，可以快速创建感兴趣对象的 3D 模型。 3D 模型是通过结合激光雷达和摄影测量（从物体的不同视图拍摄的照片以创建 3D 重建）生成的，其中激光雷达提供已知的比例，照片为 3D 模型提供纹理。 iPhone/iPad 上的这一功能在地球科学中特别有用，可以轻松创建悬崖面、岩石和古生物样本等特征的 3D 扫描。 Luetzenburg 等人。 (2021) 对 iPhone 12 Pro 激光雷达在海岸悬崖上的应用进行了测试，结果显示出对地球科学应用的良好前景。

Apple App Store 上有几个免费提供的应用程序可供下载（例如 3D 扫描仪应用程序、Polycam 等），它们使用 iPhone/iPad 激光雷达传感器以及设备的摄像头来创建对象的 3D 模型。

为了展示 iPhone 激光雷达和摄影测量功能以及在地球科学中的潜在应用，我们将使用 iPhone 13 Pro 使用 iPhone 的“3D 扫描仪应用程序”应用程序创建如下所示的岩石 3D 扫描。
用户启动扫描并开始在对象的整个范围内移动设备。应用程序中的预览显示扫描区域的纹理网格覆盖（下图）。仍然需要扫描没有网格纹理的绿色虚线区域才能包含在 3D 输出中。

一旦用户充分扫描并覆盖了感兴趣对象的全部范围，应用程序就会输出一个粗略的纹理图。然后，用户可以选择处理具有高清纹理和细节的扫描。在这种情况下，岩石扫描的处理大约需要一分钟。

此次扫描共捕获了 244 张图像。该应用程序还允许您直接测量扫描对象。
从应用程序中，扫描可以导出为多种文件格式，包括 LAS 格式的点云。然后可以在任何 3D 点云处理软件（例如开源 CloudCompare）中打开这些文件。

即使有刺眼的阳光和阴影，扫描也能提供干净的输出。我们发现，扫描岩石等固体表面特征而不是植被时，结果会更好，因为植被会导致捕获的细节较少。创建扫描非常容易且快速获取。将 iPhone 连接到自拍杆上可以轻松扩展扫描范围。
虽然 iPhone 13 Pro 仍然相当昂贵（目前为 1,000 美元以上），但它仍然为其他遥感设备提供了相对具有成本效益的替代品。 iPhone/iPad 激光雷达为地质学家提供了一种快速方便的手持方式来收集近距离 3D 扫描，在现场几乎不需要甚至不需要预先计划。此外，使用这些设备中的激光雷达功能开发课堂或教学练习具有巨大潜力，学生可以在其中捕获自己的 3D 扫描。 iPhone 的激光雷达功能也非常适合业余爱好应用，因为人们可以轻松创建岩石收藏的 3D 扫描，或者可以使用扫描仪创建 3D 模型，然后再进行 3D 打印。

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