根據本研究的實驗結果與分析進行總結，以提供未來進行相關研究可供加 強的地方，並提出一些建議。
第二章 理論基礎與研究方法
本研究旨在探討目標物顏色因子對三維雷射掃瞄儀的影響，故在本章將先 說明本研究物體顏色為可見光照射下所判定之顏色，以及研究中目標物材質將 以適合近距離掃瞄且取得容易及製作方便之紙張為選定的材質。接著介紹本研 究精度計算上將以最小二乘最適平面為計算方法，由於三維雷射掃瞄儀掃瞄得 到的點雲資料是屬於面的資訊，空間中的特徵點可由三個平面交會得到，而兩 個相交會的平面亦可求出一條特徵線 (徐元俊，2006) ，也由於本研究目標物 設計為大平面，故以最小二乘最適平面計算較合適。最後並對所使用之三維雷 射掃瞄儀器作一介紹，先簡述三維雷射掃瞄儀之技術、特性，再介紹三維雷射 掃瞄儀之掃瞄原理。
2-1 顏色的組成和目標物材質的選擇
2-1-1 目標物顏色的選擇
顏色是通過眼、腦和我們的生活經驗所產生的一種對光的視覺效應圖像是 自然界中的客觀景物透過某種系統的映射，使人們產生的視覺感受。人們在觀 察景物時，視覺的第一印象乃是顏色的感覺。顏色是通過眼、腦和人類的生活 經驗所產生的一種對光的視覺效應亦可說顏色是視覺系統對可見光的感知結 果。而光如何通過眼、腦使人們產生關於顏色的感受，在於光線在進入眼睛後 於視網膜轉換成神經中樞的訊號，再經由視神經到達腦部，而眼睛回憶三種紅、
綠、藍原色和頭腦解析顏色，就如同綜合以上三種訊號。解析顏色的變化極大，
完全是根據外在的環境而定。當一樣的顏色經由日光或是燭光所看到的顏色會 不一樣。然而，人類的勢力可適應於光線的來源，可以讓我們在兩種情況下決 定同一種顏色。
1666 年英國科學家牛頓第一個揭示了光的性質和顏色的秘密。並以光的散
色實驗說明太陽光是各種顏色的混合光，並發現光的顏色決定於光的波長。光 波是一種具有一定頻率範圍的電磁波，電磁波的波長和強度可以有很大的區 別，電磁波中只有一小部分能夠引起人類眼睛的興奮而被感覺，在人可以感受 的波長範圍內（約 380nm 至 740nm），此段電磁波範圍被稱為可見光，有時也 被簡稱為光。 假如將一個光源各個波長的強度列在一起，就可以獲得這個光源 的光譜。一個物體的光譜決定這個物體的光學特性，包括它的顏色。不同的光 譜可以被人接收為同一個顏色。雖然可以將一個顏色定義為所有這些光譜的總 和，但是不同的動物所看到的顏色是不同的，不同的人所感受到的顏色也是不 同的，因此這個定義是相當主觀的。
構成顏色的實質是可見光。其存在必須的 3 個實體是︰光線、被觀察對象 和觀察者。其組成為觀察對象的顏色是指該對象在可見光的照射下，所反射的 各光譜成分作用於人眼的綜合效果；對於透射對象則是透過該物體的光譜綜合 作用的結果。此外光是由光子組成的。不同波長的光由不同能量的光子組成。
波長λ和能量 E 間的關係為 E=hc/λ 式中 h 為普朗克常數，c 為光速。當光子 射到物體上時，某波長的光子能量與物質內原子的振動能，或電子發生躍遷時 所需能量相同時，就易被物質吸收，其它波長的光就不易被吸收。物質對光的 選擇吸收，就造成了各自的顏色。而當各種不同波長的光信號一同進入我們的 眼睛的某一點時，視覺器官會將它們混合起來，作為一種顏色接受下來。物體 的顏色決定於它對光線的吸收和反射，實質上決定於物質的架構，不同的物質 架構對不同波長的光吸收能力不同，例如一個反射所有波長的光的表面是白色 的，而一個吸收所有波長的光的表面是黑色的但由於大多數光源的光譜不是單 色的，它們的光是由不同強度和波長的光混合組成的。人眼將許多這樣的混合 光的顏色與單色光源的光的顏色看成是同樣。比如橙色，實際上就不是單色的 波長 600nm 的光，實際上它是由紅色和綠色的光混合組成的（顯示器無法產生 單色的橙色）。出於眼睛的生理原理，我們無法區分這兩種光的顏色。也有許多
顏色是不可能是單色的，因為沒有這樣的單色的顏色，好比黑色、灰色和白色 就是這樣的顏色，粉紅色或紫色也是這樣的顏色。
綜合上面對顏色的簡介，故本實驗中對目標物顯色都是在可見光環境下做 探討，與一般外業掃瞄環境相同。而目標物之顏色選擇將以單色系顏色為主，
其中目標物顏色將以光的三原色紅、綠、藍以及單色系之黃色、黑色以及白色。
2-1-2 目標物材質的選擇
本研究目標物的材質選擇，參考過去對反射標的製作材料選取之研究，依 照其設計精神以及材質的測試，經改良後以供本研究目標物使用。
過去對反射標的製作材料選取已有研究(賴志凱，2004)，在反射標的製作材 料選取，基本要求是需對於雷射光反射能力強，也就是掃瞄點有較高的強度值 (Intensity)，主要原因是反射力較強的反射標其有效的掃瞄距離較長，使用時才 不會受距離的限制。其次是該物體經掃瞄後其點雲分佈形狀仍能維持原反射標幾 何形狀。最後則是使用的反射標選擇容易製作且材質容易取得。但由於本研究旨 在探討目標物的顏色對於反射強度以及經度之影響，且本研究實驗為短距離，若 仍以高反射強度材質作為本實驗目標物將造成三為雷射掃瞄儀的多路徑效應，其 效應發生在近距離掃瞄強反射表面將造成距離誤差[Runne et al，2001]，如圖2-1。
(a) (b)
圖2-1、強反射反應圖：(a)強反射物質，(b)定位之距離誤差
在過去研究中已對一些較易取得的材質反射標進行一些簡單的測試掃瞄，
經其測試發現可使用的材質為以下四種：厚紙板、一般用紙、保麗龍、稜鏡，並 可依其使用場合分為以下兩類：
(1). 短距離作業時使用的反射標：
採用紙類、厚紙板或保麗龍來製作反射標，反射標大小則視使用場合而定，
形式則是圓盤標。適用場合為距離較短(小於100 公尺)，如建築古蹟維護、
坑道與洞穴測量及工廠設施與管線配置等作業。
(2). 長距離作業時使用的反射標：
以傳統稜鏡為主要測試反射標，大小與形式則為傳統稜鏡形式不做改變。
希望能在長距離掃瞄時使用，如防災與災害調查與自然景觀維護等作業，
並希望能進一步作為空載雷射掃瞄的地面反射標。
由於本研究實驗採取室內短距離下進行掃瞄，若選取強反射材質作為目標 物製作，將造成定位誤差而失去實驗的價值，並又考量目標物須搭配不同顏色但 材質仍需一致的情況下，將選取一般用紙，因一般用紙可購買到各種顏色而不須 經任何加工，免除經加工後造成目標物表面材質不同使得實驗不精確。综合上述 觀點本研究目標物材質的選擇將以一般用紙作為後續實驗所用。
（以方法）
2-2 最小二乘最適平面
2-2-2 最小二乘最適平面
標準誤差（Standard Deviation）為
u
立，則標準誤差（Standard Deviation）如下：
標準誤差（Standard Deviation）為 為隨機分佈且獨立，則標準誤差（Standard Deviation）如下：
u
2 1
標準誤差（Standard Deviation）為
u 為隨機分佈且獨立，則標準誤差（standard deviation）如下：
u
以上述之計算原理，並利用 Microsoft visual basic 6.0 進行程式撰寫，將上 述理論基礎轉為程式運算。由於最適平面以 X、Y 作為觀測量進行計算時，其 成果較為穩定，且精度較佳，且最適平面精度可由單次計算推測最終何者精度 較佳(徐元俊，2006)，故實驗中計算最適平面將以 X 軸為觀測量進行單次計算。
2-3 三維雷射掃瞄儀系統
2-3-1 三維雷射掃瞄儀之介紹
三維雷射掃瞄儀是一種能在短時間內快速獲取大量高精度三維點位相對坐 標的儀器，且只需一個儀器立足點，即能以不接觸被測物的方式快速獲得待測 物表面非常高密度且高精度的三維點位，相較於傳統測量儀器是針對待測物體 表面單一特徵點進行量測的方法，三維雷射掃瞄儀更適用於需物體表面的測 量；三維雷射掃瞄儀除具有快速獲得物體表面資訊以外，更解決了因觀測者所 產生的人為觀測誤差；三維雷射掃瞄儀為主動式量測，由儀器自行發射雷射光 源，在黑暗中亦可作業，對於像是在隧道的測量有極大幫助；傳統測量儀器常 因為對於待測物體取樣不足，在測量工作的可靠度上易令人存疑，將三維雷射 掃瞄儀的技術應用於空間資料蒐集、分析，可突破傳統測量受限的方法，能精 確、大量、快速且連續地蒐集資料，對於分析結果更具有真正的意義及代表性。
三維雷射掃瞄儀掃瞄方式因掃瞄需求不同，使其設計而有不同，根據應用 距離之不同，近距離的有 50 公尺以內的，主要針對小型模型、機械工程或小型 古蹟等；長距離的有 200 公尺以上甚至至 500 公尺者，不但可應用於古蹟建模 重構，還可針對大型結構體、科技廠房、隧道、小範圍地形監測及橋樑變形等 等；精密測量儀器不斷更新，近距離的掃瞄儀器由於受地形限制，對於大範圍 的地形變化、地殼變動、邊波滑動等監測之作業均較難應用，因此更長距離的 雷射掃瞄儀就一一誕生，並以遠距光達稱之。也由於三維雷射掃瞄儀可在室內 外不宜移動的、危險的、非接觸性的、不規則的、非線性的、高價值的、資産 密集性的複雜目標實體或實景進行資料獲取、建模、立體貼圖。諸如：邊坡滑
三維雷射掃瞄儀掃瞄方式因掃瞄需求不同，使其設計而有不同，根據應用 距離之不同，近距離的有 50 公尺以內的，主要針對小型模型、機械工程或小型 古蹟等；長距離的有 200 公尺以上甚至至 500 公尺者，不但可應用於古蹟建模 重構，還可針對大型結構體、科技廠房、隧道、小範圍地形監測及橋樑變形等 等；精密測量儀器不斷更新，近距離的掃瞄儀器由於受地形限制，對於大範圍 的地形變化、地殼變動、邊波滑動等監測之作業均較難應用，因此更長距離的 雷射掃瞄儀就一一誕生，並以遠距光達稱之。也由於三維雷射掃瞄儀可在室內 外不宜移動的、危險的、非接觸性的、不規則的、非線性的、高價值的、資産 密集性的複雜目標實體或實景進行資料獲取、建模、立體貼圖。諸如：邊坡滑