3D激光测量技术的发展及应用.pdfVIP

如何快速、 准确、有效地获取空间三维信息，是许多学者深入研究的课题。 随着信 息技术研究的深入及数字地球、 数字城市、 虚拟现实等概念的出现， 尤其在当今以 计算机技术为依托的信息时代，人们对空间三维信息的需求 更加迫切。基于测距测角 的传统工程测量方法，在理论、设备和应用等诸 多方面都已相当成熟， 新型的全站 GPS 24 仪可以完成工业目标的高精度测量， 可以全天候、一天 小时精确定位全球 任何位置的三维坐标，但它们多 用于稀疏目标点的高精度测量。随着传感器、电子、 光学、计算机等技术 的开展，基于计算机视觉理论获取物体外表三维信息的摄影测量 与遥感技 术成为主流，但它在由三维世界转换为二维影像的过程中，不可防止地会 丧失局部几何信息，所以从二维影像出发理解三维客观世界，存在自身的 局限性。因 此，上述获取空间三维信息的手段难以满足应用的需求，如何 快速、有效地将现实世 界的三维信息数字化并输入计算机成为解决这一问 题的瓶颈。 三维激光测量技术的出现和开展为空间三维信息的获取提供了全新 的技术手 80 段，为信息数字化开展提供了必要的生存条件。激光测量技术出 现于上世纪 年 代，由于激光具有单色性、方向性、相干性和高亮度等 特性，将其引入测量装置中， 在精度、速度、易操作性等方面均表现出巨 大的优势，它的出现引发了现代测量技术 的一场革命，引起相关行业学者 的广泛关注，许多高技术公司、研究机构将研究方向 和重点放在激光测量 装置的研究中。随着激光技术、半导体技术、微电子技术、计算 机技术、 传感器等技术的开展和应用需求的推动，激光测量技术也逐步由点对点的 激光测距装置开展到采用非接触主动测量方式快速获取物体外表大量采 样点三维空间 坐标的三维激光扫描测量技术。随着三维激光扫描测量装置 在精度、速度、易操作 20 90 性、轻便、抗干扰能力等性能方面的提升及价格方 面的逐步下降， 世纪 年 代，其在测绘领域成为研究的热点，扫描对 象不断扩大，应用领域不断扩展，逐步成 为快速获取空间实体三维模型的 主要方式之一，许多公司都推出了不同类型的三维激 90 光扫描测量系统。上 世纪 年代中后期，三维激光扫描仪已形成了颇具规模的产 业。 三维激光扫描测量技术克服了传统测量技术的局限性，采用非接触主 动测量方 式直接获取高精度三维数据，能够对任意物体进行扫描，且没有 白天和黑夜的限制， 快速将现实世界的信息转换成可以处理的数据。它具 有扫描速度快、实时性强、精度 高、主动性强、全数字特征等特点，可以 极大地降低本钱，节约时间，而且使用方 便，其输出格式可直接与 CAD、 三维动画等工具软件接口。目前，生产三维激光扫描仪的公司有很多，典 型的有瑞士 的 Leica 公司、美国的 3D DIGITAL 公司和 Polhemu 公司，奥地 利的RIGEL 公 司、加拿大的 OpTsch 公司、瑞典的TopEye 公司、法国的MENSI 公司、日本的 Minolta 公司、澳大利亚的 I-SITE 公司、中国的北京容创兴业 科技开展公司等。它们 各自的产品在测距精度、测距范围、数据采样率、 最小点间距、模型化点定位精度、 激光点大小、扫描视场、激光等级、激 光波长等指标会有所不同，可根据不同的情况 如本钱、模型的精度要求等 因素进行综合考虑之后，选用不同的三维激光扫描仪产 品。 利用三维激光扫描仪获取的点云数据构建实体三维几何模型时，不同 的应用对 象、不同点云数据的特性，三维激光扫描数据处理的过程和方法 也不尽相同。概括地 讲，整个数据处理过程包括数据采集、数据预处理、 几何模型重建和模型可视化。数 据采集是模型重建的前提，数据预处理为 模型重建提供可靠精选的点云数据，降低模 型重建的复杂度，提高模型重 构的精确度和速度。数据预处理阶段涉及的内容有点云 数据的滤波、点云 数据的平滑、点云数据的缩减