三维激光扫描技术点云数据采集与配准研究

点云数据采集与配准的精度决定了建筑物三维建模的精度。围绕建筑物点云数据采集与配准的精度问题,分别采用基于标靶的模式、基于形状匹配的模式和基于测站后视的模式进行建筑物表面点云数据的采集与配准处理,并从配准精度、特征点、特征边3个方面进行了对比分析。结果表明,基于形状匹配的模式的精度较低,其他两种模式克服了"同名点"的问题,在配准精度上有明显优势;而在数据采集与配准整体效率方面,基于测站后视的模式优于其他两种模式。     

自由设站法在点云拼接中的应用

为方便三维点云数据的统一管理和工程应用,需要为其提供统一的坐标基准。在数据采集阶段,对于在控制点可通视的测区内,可利用后视定向的方法完成点云扫描测量工作。针对控制点无法通视的测区,本文提出基于全站仪三维自由设站控制测量的方法,建立间接设站点平差模型并进行平差,进而解算标靶点坐标,利用标靶将扫描点转换到绝对坐标系中。试验结果表明:标靶坐标的测量精度和点云拼接的精度符合要求。在测区观测条件不好的情况下,自由设站法的应用为点云拼接提供了一种可行的方法。     

地面LiDAR点云数据先局部后整体配准方法

针对地面LiDAR获取的庞大点云数据,提出无人工标志的地面LiDAR点云先局部后整体的配准方法。分割出待配准的两测站重叠区域小块点云,采用基于KD-Tree遍历最近邻域点集的ICP算法计算三维坐标转换参数,实现地面LiDAR点云数据的快速配准。     

基于标靶配准的廊道点云数据

三维激光扫描仪在不同测站获取的点云都是在各自的仪器内部坐标系中,为了获得扫描对象的完整的点云,需将各测站扫描的点云要转换到一个统一坐标系中。本文依托大学生创新训练计划项目地面三维激光扫描数据建模方法研究,对学校廊道点云数据进行三维建模,将各测站扫描的标靶进行中心提取,并对多测站点云数据进了行基于标靶的配准。     

大型古建筑精密三维数据采集方法与实践

较之传统手工测量技术,三维激光扫描技术具有高精度、高效、高密度数据获取的优势,是古建筑精密三维数据采集的重要手段。分析了三维激光扫描数据采集的几种不同方法,结合工作经验,对大型古建筑精密三维数据采集的特点进行详细阐述,并对作业流程中的扫描方法选择、扫描站点布设、数据存储与管理等关键问题进行探讨,同时给出一些参考建议。在虎丘塔扫描工程实践中,通过调整仪器架设方法、监测风速影响及运用远程操控设备等多种措施,保证了数据采集的精度。经过点云赋色、点云拼接、点云去噪等内业处理后,获取了塔身完整的点云模型,利用高精度全站仪TM50进行精度检核,结果表明,点云模型的整体精度为±11.2mm。     

三维激光扫描数据快速配准算法研究

由于激光扫描原理的限制.要获得整个场景的完整全表面数据需多站点设置,由单站点扫描获取场景中的部分数据,最后将全部站点数据配准.通过对三维激光数据自身的数据分布特点和ICP配准算法的研究和改进,设计出了两步配准方法:首先,基于特征点对基础上的SVD粗配准;然后由特征点对确定出重叠区域子集并进而采用ICP算法作点云精配准,最终实现三维激光快速配准.利用一组粮仓扫描数据配准试验验证此方法在大规模场景扫描中的多视点三维激光数据快速配准中的有效性和可靠性.     

两种高速铁路激光点云的采集拼接方法

研究围绕地面三维激光扫描点云数据的拼接问题,在某段高速铁路设计并实施了标靶拼接和控制点拼接两种不同模式下的点云数据采集和拼接试验,结合点云处理软件对点云数据进行拼接处理,分析了拼接精度和数据采集拼接的整体作业工作量等。结果表明,在相同的扫描条件下,基于控制点拼接的点云数据,精度优于基于标靶拼接的点云数据;在高速铁路等带状工程点云采集拼接中,控制点拼接模式下整体工作效率高于标靶拼接。本次试验所显现的控制点拼接的高精度和高效率等的优势,可为三维激光扫描仪在铁路点云采集和拼接作业提供有利参考。     

融合遗传算法和ICP的地面与车载激光点云配准

车载激光扫描可快速获取大场景点云,由于存在视场限制和遮挡,需地面激光点云作补充。车载与地面点云分别位于大地坐标和局部坐标系统,本文提出结合遗传算法（genetic algorithm,GA）和（iterative closed point,ICP）的自动点云配准方法以统一基准。ICP采用局部优化,效率较高,但依赖初始解;GA为全局优化方法,但效率低。融合策略为当GA配准趋于局部搜索时,采用ICP完成配准。GA配准以地面激光扫描仪内置GPS测量粗略位置限定优化搜索空间。为提高GA配准精度,提出了最大化归一化匹配分数之和（normalized sum of matching scores,NSMS）配准模型。实测数据试验验证了NSMS模型的有效性,GA配准均方根误差（root mean square error,RMSE）为1~5 cm;融合配准比GA配准效率高约50%。     

平面特征的多站地面激光雷达点云配准

为了进一步研究建筑物密集区域多站地面激光雷达(LiDAR)点云数据的配准问题,该文提出一种基于平面特征的地面LiDAR数据配准方法:对点云数据进行分割获取平面信息;人工选择典型的平面,对相应的点云数据进行平面拟合,得到相应法向量;利用罗德里格矩阵的性质,建立三维激光扫描数据配准模型。实验结果表明,该方法的配准精度较高、计算速度快,可以取得较好的点云配准效果。     

地面激光点云与数码影像自动高精度配准

针对地面激光雷达点云和数码光学影像非同源异质数据自动配准困难的问题,本文提出了基于互信息的两种数据同名特征高精度自动提取的方法。首先,把点云数据生成中心平面投影的反射强度图像和基于RGB信息的彩色图像,应用点云彩色图像和数码光学影像的匹配,确定点云与影像的粗配准参数;然后,对反射强度图像进行特征提取,应用粗配准参数确定其在数码光学影像上的初始位置,应用互信息实现非同源数据的高精度匹配;最后,应用罗德里格矩阵和选权迭代方法计算高精度配准参数,生成三维彩色模型。试验证明,本文方法可以解决地面激光点云和数码光学影像非同源异质数据的配准问题,具有一定的研究和应用价值。