地面三維激光掃描點云重建技術研究

許寧 鐘友玲 江西理工大學建筑與測繪工程學院

地面三維激光掃描點云重建技術研究

許寧 鐘友玲 江西理工大學建筑與測繪工程學院

三維激光掃描技術正處于快速發展階段，是近年來發展起來的一項高新技術。本文主要以建模為目的，點云數據為基礎，進行點云重建技術研究。簡要分析了點云數據及建模過程誤差來源，并且提出了一種可以減小誤差的建模方法。

三維激光掃描技術 點云重建 點云誤差

三維激光掃描技術又稱為“實景復制技術”，它的出現是測量領域繼GPS技術之后的又一項測繪新技術，并且已經成為獲取空間信息數據的重要技術手段。由于點云中的每個數據都是直接從被測物體進行表面獲取，無需對點云數據進行復雜的后期處理，即可保證數據的完整性、真實性和可靠性。三維激光掃描技術還具有高精度、速度快的特點。

具備上述諸多優點，該技術在文物保護、城市三維建模、地形測量、建筑物變形監測、逆向工程、竣工測量等諸多領域具有很好的潛在應用價值。

1 研究意義及研究現狀

當前科技發生著日新月異的變化，三維激光掃描技術應運而生并且獲得了良好的效應。三維激光掃技術有別于其他單點測量技術，他是實現海量點云數據的獲取，并且可以建立三維實體模型。現已經應用在考古修復、逆向工程、滑坡泥石流等眾多自然災害預測，在當今社會扮演著越來越重要的角色。

2002年I.Stamos和P.K.Alle等創建了通過CCD攝像機獲取圖像，并將其融合的點云數據采集系統成功的應用到了古建筑對的三維建模。2005年，在對秦俑二號坑遺址進行發掘的同時引入了地面三維激光掃描技術，并建立了三維模型。

2 誤差來源及分析

2.1 誤差來源

點云數據在采集的過程中以及在點云數據后期建模處理階段都會產生誤差，誤差是不可避免的。主要誤差來源有：

①儀器自身誤差；

②周圍環境引起的誤差（如：空氣波動、溫度、大氣折光等）；

③人為誤差（如：處理方法不完善，同名點選取誤差過大）。

2.2 減小誤差方法

地面三維激光掃描儀有其自身工作的適宜條件，所以，要在合適的外界條件下進行掃描工作。周圍人員不能走動頻繁，會引起空氣波動帶來噪聲點，此類噪聲點在建模過程中很難處理，不易快速建模。儀器應當定期檢修，減小儀器的老化帶來的誤差。

數據處理階段也是很容易引起誤差的，在數據拼接過程中，由于是手動數據配準，選取同名點的時候會由于人為因素造成點選取誤差過大。因此，本文提出兩種軟件結合使用，先利用RiSCAN Pro軟件進行點云數據預處理，再進行數據拼接，拼接后會有誤差顯示，適當調節同名點，減小誤差，然后平差。這樣拼接后的點云數據進行后期建模誤差較小。

3 點云重建技術過程

點云重建主要可以分為以下幾個步驟：

①實地踏勘制定掃描方案。在進行掃描作業前，現場踏勘選好測站點。

②在踏勘好的測站點進行作業，采集點云數據。

③用RiSCAN Pro軟件先進行簡單的去噪，將四站數據進行拼接，拼接完成后平差處理，導出dat格式數據。

④數據導入geomagic studio 2013，進行精細的點云去噪、平滑、濾波等操作。

⑤數據封裝，并且利用軟件中的網格醫生、簡化多邊形、填補孔等功能對破損的模型進行修補，將破損部位還原，得到逼真的立體模型。

⑥進行紋理貼圖。紋理貼圖需要照片和點云數據中的同名點配對，為達到預期效果，最好是用正面拍的圖片。

4 結論

研究結果表明，地面三維激光掃描技術在點云重建方面有著良好的效果。相比傳統測繪技術有著無法比擬的優勢，具有快速、精度高、自動化程度更高等特點。但是，其誤差影響因素也隨之增多，適用距離也不是很大。地面三維激光掃描點云重建技術方法沒有形成一套標準，所以，該技術還有待完善。

[1]史友峰,高西峰.三維激光掃描系統在地形測量中的應用[J].山西建筑,2007,33(12)：347—348

[2]Allen P K,Stamos I.3D Modeling of Historic Sites using Range and Image Data[C]. In Proceedings of IEEE Conference on Robotics and Automation, Taipei, 2003: 145～150

[3]余明,丁辰,劉長征.北京故宮修復測繪研究[J].測繪通報,2004(4):11-12

許寧（1994—），男，漢族，江西宜春人，碩士研究生，江西理工大學測繪與建筑工程學院，測繪科學與技術。