一种深度图像拟合圆柱的优化方法

圆柱状构件广泛存在于古建筑仿真中,为了提高古建筑深度图像圆柱拟合的精度,针对古建筑仿真3维建模的特点,提出基于高斯图获取圆柱拟合参数初始值,然后利用圆柱距离函数参数化法进行非线性最小二乘拟合的圆柱拟合方法.实验证明,该方法不仅具有较高的精度,而且拟合结果稳定可靠.     

激光扫描点云数据的圆柱拟合方法

针对激光扫描仪点云数据存在较多粗差点导致拟合圆柱不够精确的问题,该文在比较圆柱拟合方法不同特点的基础上,改善了初值任意选取的圆柱拟合方法和基于坐标转换的圆柱拟合方法,对相同的激光扫描仪点云数据进行圆柱拟合,设置相同的收敛条件,每次迭代收敛后,剔除大于3倍中误差的粗差点重新求解,直至没有较大粗差点,最终得到的圆柱参数基本一致。实验表明,改善后的初值任意选取的圆柱拟合方法和基于坐标转换的圆柱拟合方法能够有效剔除激光扫描仪点云数据中的粗差点,且能够满足一般工程的精度要求。     

地基LiDAR点云数据提取单木树高和胸径方法研究

林业资源是保持生态环境、维持生态平衡的重要资源,对单木参数信息的提取是林业资源调查的重要内容。利用地基三维激光点云提取单木参数具有效率高、速度快、节省人力物力等优点。在常用的Hough拟合圆柱法提取树高参数和Hough拟合圆法提取胸径参数的基础上,提出格网化拟合圆柱法和最小二乘拟合圆法分别提取单木树高参数和胸径参数,并以现场直接量测的树高和胸径参数为参考值进行对比。实验结果显示:与直接量测结果相比较,Hough变化拟合圆柱法和格网化拟合圆柱法得到的树高参数平均偏差分别为0.05m、0.003m,标准差分别为0.142m、0.002m,相关系数分别为0.87、0.99;Hough变化拟合圆法和最小二乘拟合圆法得到的胸径参数平均偏差分别为0.003 6m、0.002 5m,标准差分别为0.004m、0.003m,相关系数分别为0.60、0.91。结果表明,提出的格网化拟合圆柱法提取树高参数和最小二乘拟合圆法提取胸径参数能得到精度较高的单木参数信息。     

投影圆度判别法的圆柱拟合

在海洋钢结构测量中,经常需要精确测量计算圆柱的轴线位置状态。但圆柱的拟合对初值要求很高,只有初值接近真实值才能准确拟合圆柱。鉴于此,文中提出了一种新方法,无需测量大量圆柱表面点数据,只要测量圆柱表面几点三维坐标,利用投影法判断圆度就可以找到比较准确的初值。这样圆柱的拟合成功率就得到大大的提高。     

面向保护需求的虎丘塔虚拟修复

针对虎丘塔古建筑存在损坏等情况，本文通过虚拟修复对其进行保护，首先利用三维激光扫描仪进行数据采集获得虎丘塔的点云数据，再根据邻域相似原则对古建筑破损部位进行虚拟修复，使用Faro Scene和Geomagic Qualify对虎丘塔点云数据进行配准和去噪，最后通过切片和最小二乘拟合方法将选中的几何块绕旋转中心旋转一定角度进行虚拟修复。实验结果表明，在三维平面上误差在-0.013 2～0.013 2 m的点云为97.53%。本文方法精度较高能够有效修复破损的虎丘塔，可以为其他古建筑的保护提供一定的借鉴意义。     

一种导管架整体尺寸检测的方法

由圆柱杆件组成的导管架是目前海上油气田使用最广泛的钢结构。导管架制造的尺寸精度至关重要,传统的尺寸检测方法是测量圆柱杆件的表皮的指定点,找到该指定点特别困难,另外,传统方法没有考虑圆柱的圆度,误差大,效率低。文中介绍一种高效率、高精度检测导管架尺寸的方法。利用最小二乘法计算圆柱圆心,综合考虑圆柱圆度误差,从而使精度得到有效保证。     

一种导管架整体尺寸检测的方法

由圆柱杆件组成的导管架是目前海上油气田使用最广泛的钢结构。导管架制造的尺寸精度至关重要,传统的尺寸检测方法是测量圆柱杆件的表皮的指定点,找到该指定点特别困难,另外,传统方法没有考虑圆柱的圆度,误差大,效率低。文中介绍一种高效率、高精度检测导管架尺寸的方法。利用最小二乘法计算圆柱圆心,综合考虑圆柱圆度误差,从而使精度得到有效保证。     

基于稳健加权总体最小二乘的点云数据圆柱面拟合

在测量中,为了对建(构)筑物的圆柱面点云数据进行建模或检测,需要精确拟合圆柱面并对拟合结果进行分析、表达。针对传统圆柱面点云数据拟合方法未考虑粗差存在和系数矩阵含有误差,导致圆柱面拟合结果不够精确的问题,提出了可自适应调整权阵的稳健加权总体最小二乘算法计算拟合参数。该算法在考虑全部观测值误差的基础上,通过激光点到圆柱面的距离确定各点的权重,以3倍标准差剔除粗差,经迭代计算最终得到稳健的拟合结果。经工程实例计算,证明该算法能有效克服粗差的影响,得到准确可靠的拟合参数估值,拟合效果优于传统拟合算法。     

三维激光扫描在古建筑测绘中的应用

针对目前古建筑测绘缺少系统的技术流程且变形分析难度大的问题,该文将三维激光扫描技术应用到古建筑保护领域。以光善寺塔为例,制订了可行的测量方案;通过离散点云数据计算多边形重心,提出采用多边形重心法计算古建筑的重心轴线,进而精确计算古建筑的倾斜量和倾斜度,并与传统方法进行对比。结果表明,该方法可以快速、全面地获取观测对象的整体信息,且能够满足古建筑倾斜观测的精度要求,可以为古建筑的修缮提供基础数字化资料。     

无人机倾斜摄影测量技术在古建筑保护中的应用

随着社会经济的不断发展,全国各地的古建筑在不同程度上受到破坏,历史悠久的建筑文化遗址正在面临着严峻的考验,古建筑的保护工作成为当下关注的焦点。基于对古建筑预防性保护的目的,本文采用无人机倾斜摄影测量技术,以西藏某区域藏传佛教寺庙为例,阐述了无人机倾斜摄影测量的基本原理及其在古建筑保护中的应用流程,并通过实测古建筑特征点和特征边长,对构建的古建筑三维模型进行了精度分析。结果表明：通过无人机倾斜摄影测量技术生成的古建筑三维模型具有高精度的空间信息和丰富的纹理信息,模型精度达到了厘米级,对于古建筑保护工作具有较高的参考价值。     

基于Hough变换的航空影像建筑物半自动提取

针对Hough变换不能检测直线段的缺点,提出了一种改进的Hough变换用于影像中矩形建筑物的半自动提取。同传统Hough变换相比,改进的Hough变换充分利用了Hough变换的参数空间数据,将Hough变换的“投票”过程和直线段的检测过程融为一体,获得直线段的端点坐标。根据直线段的端点坐标消除虚假直线段的过连接,并根据直线段的角度、距离条件合并直线段。最后通过直线段上的若干点利用最小二乘法拟合出一条最佳直线,通过计算最佳直线的交点确定建筑物的角点坐标,完成影像中建筑物的半自动提取。实验结果表明:用改进的Hough变换算法提取出的航空影像中建筑物边缘结果是正确的,定位精度较高。     

移动测量系统宽幅影像的几何拼接与量测

研究了移动测量系统宽幅影像的拼接与量测算法。通过建立三幅影像柱面全景投影的几何关系,能够直接拼接完成宽幅影像。利用宽幅影像和原始影像间反投影变换关系以及三幅原始影像的同、异步立体像对,可建立宽幅影像与物方空间坐标间一一对应关系,从而实现宽幅影像目标的量测算法。宽幅影像的投影拼接和量测实验表明,利用柱面全景投影拼接得到宽幅影像的方法可应用于移动测量平台宽幅影像序列的拼接;在原始影像具备同步立体像对的条件下,宽幅影像量测的绝对精度可达1 m以内,相对精度可达0.2 m以内,满足城市环境实景目标量测的精度需求。     

单圆盾构隧道移动激光扫描收敛值计算

近年来,架站式三维激光扫描技术广泛应用于盾构隧道收敛监测,但频繁换站降低了外业测量的效率。同时,在激光点云拟合计算收敛点坐标时,收敛点位置会随着隧道变形而变化,因而,点云曲线拟合难以确保得到不同时间、同断面、同收敛点坐标,影响了收敛值的精度。自主研发了一款经济适用且高效可靠的移动激光扫描监测系统,解决了架站式三维激光扫描监测效率低下的问题。针对收敛值计算方法存在的问题,详细讲解了基于隧道平铺图的收敛值计算方法,具体过程如下:首先,经过点云标准圆投影并展开,再经过图像栅格化、内插及增强处理得到隧道平铺图;其次,通过图像二值化、连通域分析、自动识别及人工纠正环缝,准确划分隧道每环点云;接下来,绘制每环管片接缝在平铺图的位置,求出每环收敛定点方位;最后,通过分管片拟合,计算收敛定点坐标并推出收敛值。计算实例表明,移动激光扫描收敛值重复结果差值均在1.5 mm以内,由此可知,提出的计算方法可用于单圆盾构隧道进行高效收敛监测,且精度可靠。     

一种MBR约束下的高分光学影像直角建筑物提取与标绘方法

针对高空间分辨率遥感影像中建筑物信息提取与标绘问题,提出了一种MBR约束下的高分光学影像中直角建筑物信息提取与标绘方法。首先采用多尺度影像对象分割与CART决策树分类技术,提取影像中的建筑物区域;其次用Candy算子提取出建筑物的粗轮廓,并将其转化为点集形式表示;然后通过轮廓点集计算建筑物最小外包矩形（MBR）,对建筑物的轮廓进行分段拟合与优化;最后通过交点方向决策器确定建筑物的角点,依次连接各角点实现建筑物的标绘。通过计算建筑物的面积与周长,确定周长相对精度为93.3%,面积相对精度为96.1%,本文方法可以有效提高建筑物的标绘精度。     

一种基于影像的古建筑点云生成方法

针对现有古建筑数字化保护点云模型生成方法存在的诸多问题,该文采用增量式运动恢复结构技术构建了一种基于影像的古建筑点云模型生成方法,可简单、快速、低成本地实现古建筑点云生成。首先使用普通相机拍摄目标古建筑影像集并平滑预处理,然后使用运动恢复结构技术构建三维稀疏点云模型,最后密集点云加密处理并纹理映射得到古建筑三维点云模型。该方法创新性地将运动恢复结构技术引入古建筑点云生成领域。实验结果表明:该方法能快速构建古建筑三维点云模型,为古建筑数字化保护点云模型建立提供了一种新思路。     

基于地面激光雷达的单树枝干几何建模研究

根据基于地面激光雷达的单树枝干几何建模方法,本文提出了一种提高重建树木几何模型精度的方法。首先,根据水平集的骨架提取方法提取目标树点云数据完整的骨架点;其次,采用最小生成树的方法对提取的骨架点构建拓扑关系;第三,根据最小二乘圆拟合法和管道模型(Pipe Theory)计算骨架点对应枝干的半径;最后,应用广义圆柱体实现单树枝干几何建模。重建得到的树木枝干几何模型在树高和胸径(DBH)参数上与真实值或实测值误差均在5%以下,且枝干最大拟合误差均小于40 mm。结果表明:本文的树木枝干几何建模方法可靠性强,且重建的树木枝干几何模型精度高,可用于森林资源管理、精准农林业等领域。     

利用三维激光扫描技术检测建筑物平整度及垂直度

利用地面三维激光扫描仪对某建筑物进行全自动高精度立体扫描，获得目标建筑物表面的三维空间点云信息，经过研究分析提出了一种根据点云提取建筑物中心轴线的方法，采用随机采样一致性算法（RANSAC）拟合直线，并采用整体最小二乘算法拟合平面。通过分析拟合平面及拟合直线的几何特征来检测建筑物的平整度和垂直度，实测数据分析结果表明，三维激光扫描技术在建筑物立面平整度及垂直度检测中具有较高的可行性和适用性。     

基于LiDAR技术的古建筑复杂曲面三维重建

随着信息技术和测绘科学的迅猛发展,传统的空间数据获取模式已经不能满足现在的信息化需求。三维激光扫描技术的出现,推动了现代化测绘技术的发展,其高精度、快速的非接触式扫描测绘方法改变了传统空间数据采集模式。古建筑文化遗产的三维数字化保护是目前社会的研究热点,利用三维激光扫描技术来重建古建筑独特复杂的表面模型,为古建筑数字化管理和修复提供数据参考是一个很有意义的事情。本文以利用地面三维激光扫描系统构建古建筑三维模型为研究对象,通过洞窟类实例对古建筑点云数据处理和NUBRS三维模型复杂曲面重建技术进行研究与探讨。     

超大视场太阳敏感器图像质心提取算法

太阳图像质心提取是利用太阳敏感器进行天文导航的关键技术之一,直接决定了太阳敏感器的观测精度。针对超大视场太阳敏感器非圆形太阳图像质心提取问题,首先提出像面椭圆拟合算法,较好地解决了椭圆及近似椭圆形太阳图像的质心提取问题,然后进一步提出了球面圆拟合算法。该算法根据相机的投影和畸变模型,将太阳图像的边缘点映射到物方空间,对物方空间的边缘点进行球面圆拟合,从而确定太阳质心位置。在估计球面圆拟合算法的精度时,需要将太阳质心位置映射回像面。理论上,球面圆拟合算法不再需要顾及太阳图像的形状,算法更为严谨。将椭圆拟合算法和球面圆拟合算法应用到实测的太阳图像质心提取中。结果表明,椭圆拟合算法更适合处理半视场角70°~80.3°的太阳图像,平均精度约为0.075pixels;球面圆拟合算法更适合处理半视场角大于80.3°的太阳图像,平均精度约为0.082pixels。