三维激光扫描分类及工作步骤

三维激光扫描分类及工作步骤三维激光扫描分类及工作步骤三维激光扫描分类及工作步骤.一、地面激光扫描系统、归纳地面激光扫描仪系统近似于传统测量中的全站仪，它由一个激光扫描仪和一个内置或外置的数码相机，以及软件控制系统组成。二者的不相同之处在于激光扫描仪采集的不是失散的单点三维坐标，而是一系列的“点云”数据。这些点云数据能够直接用来进行三维建模，而数码相机的功能就是供应对应模型的纹理信息。、工作原理三维激光扫描仪发射器发出一个激光脉冲信号，经物体表面漫反射后，沿几乎相同的路径反向传回到接收器，能够计算日标点P与扫描仪距离S，控制编码器同步测量每个激光脉冲横向扫描角度察看值α和纵向扫描角度察看值β。三维激光扫描测量一般为仪器自定义坐标系。X轴在横向扫描面内，Y轴在横向扫描面内与X轴垂直，Z轴与横向扫描面垂直。获得P的坐标。进而转换成绝对坐标系中的三维空间地址坐标或三维模型。、作业流程整个系统由地面三维激光扫描仪、数码相机、后办理软件、电源以及隶属设备组成，它采用非接触式高速激光测量方式，获得地形也许复杂物体的几何图形数据和影像数据。最后由后办理软件对采集的点云数据和影像数据进行办理变换成绝对坐标系中的空间地址坐标或模型，以多种不相同的格式输出，满足空间信息数据库的数据源和不相同应用的需要。1）、数据获得利用软件平台控制三维激光扫描仪对特定的实体和反射参照点进行扫描，尽可能多的获得实体相关信息。三维激光扫描仪最后获得的是空间实体的几何地址.信息，点云的发射密度值，以及内置或外置相机获得的影像信息。这些原始数据一并储藏在特定的工程文件中。其中选择的反射参照点都拥有高反射特点，它的布设能够依照不相同的应用目的和需要选择不相同的数量和型号，平时两幅重叠扫描中应有四到五个反射参照点。2）、数据办理1)数据预办理数据获得达成此后的第一步就是对获得的点云数据和影像数据进行预办理，应用过滤算法剔除原始点云中的错误点和含有粗差的点。对点云数据进行鉴别分类，对扫描获得的图像进行几何纠正。2)数据拼接般配一个完满的实体用一幅扫描经常是不能够完满的反响实体信息的，这需要我们在不相同的地址对它进行多幅扫描，这样就会引起多幅扫描结果之间的拼接般配问题。在扫描过程中，扫描仪的方向和地址都是随机、未知的，要实现两幅或多幅扫描的拼接，老例方法式是利用选择公共参照点的方法来实现这个过程。这个过程也叫作间接的地理参照。采用特定的反射参照目标看作地面控制点，利用它的高对比度特点实现扫描影像的定位以及扫描和影像之间的般配。扫描的同时，采用传统手段，如全站仪测量，获得每幅扫描中控制点的坐标和方向，再进行坐标转换，计算就可以获得了实体点云数据在一致的绝对坐标系中的坐标。这一系列工作包括着人工参加和计算机的自动办理，是半自动化达成的。3）、建模算法选择在数据办理达成后，接下来的工作就是对实体进行建模，而建模的首要工作.是数学算法的选择。这是一个几何图形反演的过程，算法选择的合适与反对定最终模型的精度和和数据表达的正确性。模型建立和纹理镶嵌选择了合适的算法，能够经过计算机直接对实体进行自动建模。点云数据保证了表面模型的数据(DSM)，而影像数据保证了边缘(Edges)和角落(Comer)的信息完满和正确。经过自动化的软件平台，用获得的点云强度信息和相机获得的影像信息对模型进行纹理细节的描述。数据的输出与议论基于不相同的应用目的，能够把数据输出为不相同的形式，直接为空间数据库或工程应用供应数据源。可是数据的精度和质量如何呢，能否满足各种应用的要求对结果进行综合的评估解析仍是很重要的一步，评估的模型和议论标准要依照不同的应用目的来确定。、特点1）能够在较短的时间内获得关于目标对象的高精度、高密度点云数据2）自动化3）非接触测量，夜间测量4）数据信息丰富（三维坐标、强度信息、色彩信息）5）数据量大，设施贵，作业员要求高、应用1）地面景观形体测量：地面景观形体测量可为三维数字化设计、三位测量及逆向工程、快速模具制造等相关技术供应服务，能够快速、高精度地达成复杂的古建筑测量、大型景观三维数字设计与模版制作。.2）复杂工业设施的测量与建模：利用激光扫描仪分段扫描，获得各站上复杂工业设施的三维点云数据，再将不相同站上的点云数据经过数据预办理以及粗差剔除、利用公共点进行拼接、合并和应用响应的软件就可以生成这些复杂工业设施的模型，为设施的制造和工厂规划供应可视化的三维模型参照，极大的提高了工作效率。3）建筑与文物的保护：工作流程基本同（2），这样做成的电子文件，易于保存，能详细认识表面，随时方便地获得等值线、截面、剖面等。当建筑和文物遇到破坏后能实时正确而有效的供应修复和恢复数据。4）城市三维可视化模型的建立：在街道上对建筑物的内外进行三维激光扫描，扫描的点云数据经过数据办理，运用数据滤波和分类算法获得地面高程数据以及地物数据。也适用于GIS数据库更新，旅游导游和虚假现实制作等。5）带状地形测图测量和矿山测量：6）森林和农业资源检查：应用激光扫描仪对森林里的树木进行扫描，能够特别正确的认识某时辰的森林现状。不相同时间测量结果比较还能够认识森林动向变化。7）变形监测：以均匀的精度高密度地测量，测量的数据能够获得更多的信息，特别是局部详细变形信息。二、车载激光扫描系统、归纳车载激光扫描系统是集成了激光扫描仪，CCD相机以及数字彩色相机的数据采集和记录系统，GPS接收机，基于车载平台，由激光扫描仪和摄影测量获得.原始数据作为三维建模的数据源。2、作业流程（1）数据采集第一，利用GPS对载车进行定位，获得正确的测量原点大地坐标。再利用GPS和IMU对载车测绘基准的姿态进行测量，获得大地坐标系下三维激光扫描仪的高低角、偏航角以及转动角。尔后，利用三维激光扫描仪对测绘点进行逐点测量，获得测绘点相关于测绘基准的方向角、高低角以及距离。经过坐标换算的到测绘点的大地坐标。目标属性等信息经过CCD相机同步采集的照片进行鉴别。2）数据办理高速视频摄像机的图像信息不参加三维真实场景建模，主要用于测量场景记录。在后续数据办理中，经过对高精度定位定向系统各传感器测量信息的办理得到车辆行驶的正确路线和姿态；经过对激光扫描仪的点云数据进行点、线、面特征的提取可确定测量物体的三维几何形状；利用高精度定位定向系统输出的地址和姿态信息、从点云数据中提取测量物体三维几何形状及从面线阵CCD相机测量信息中提取的线性特点和纹理数据，实现二三维真实场景建模。目前常有的三维数据采集系统中，使用的都是面阵相机进行纹理信息采集。数据办理包括数据预处、数据滤波、数据分类和建筑物特点提取。数据预办理目的就是将车载激光扫描乐统采集的GPS数据、三维激光扫描仪数据等结合解算获得数据后办理所用的点云数据。数据滤波主若是去除测量噪声和提取地面点，获得后续办理所需要的原始数据。.数据分类以自动化和人工交互相结合的形式实现，目的是将滤波后的激光扫描数据区分为地面点和其他不相同种类的地物点。建筑物特点提取从分类后的数据巾提取建筑物数据，从中提取建筑物特点。、特点该系统借助于搭载在运动载体上的传感器并辅之以导航定位系统进行载体的绝对地址获得经过建立相对地址传感器和绝对地址传感器一致的时间基准和空间基准达成数据的交融，既满足建模的高效、精巧，又满足测量的高精度。数据信息丰富。获得的点数据包括物体表面精巧的数据信息，每个点均带有三维坐标信息和回光强度值，真实地展现了物体的原貌，能够有效解决形状复杂物体的建模问题。在城市人口、建筑密集区，无地面控制点的情况下，能够实时、动向、快速地采集目标地物的三维信息。与机载系统对照，获得数据为三维空间物体立面的几何信息，距离物体较近，数据精度也相对提高，节约了成本。、应用：1）公路测量，保护和勘探，公路检测，公路几何模型2）道路设施3）电力设施?4）测绘工程领域:铁路测绘，河流测绘（5）结构解析（立交桥）.6）淹水评估解析?7）在GIS系统中的叠加解析?8）滑坡变形测量与危害解析，滑石和流水解析9）交通流量解析，安全评估和环境污染评估?10）土石方量解析?11）驾驶视野和安全解析?12）城市建模13）海事、军事、勘探等三、机载三维激光扫描系统?1、归纳机载三维扫描系统是一种集激光扫描仪（Scanner）、全球定位系统(GPS)和惯性导航系统(INS)以及高分辨率数码相机等技术于一身的光机电一体化集成系统，用于获得激光点云数据并生成精确的数字高程模型（DEM）、DSM（数字表面模型），同时获得物体DOM（数字正射影像）信息，经过对激光点云数据的办理，DSM、DOM可获得真实的三维场景图。它将三维激光扫描仪和航空数码摄像机装载在飞机上,利用激光测距原理和航空摄影测量原理,快速获得地球表面坐标数据和影像数据。、作业流程（一）数据获得（1）．在航飞前要拟订翱翔计划。航飞计划应包括航带划分，确定翱翔高度、速度、激光脉冲频率、航带宽度、激光反射镜转动速度、数码相机方向元素及定位、.相机拍摄时间间隔等，并将各航带的首尾坐标及其他导航坐标输入导航计算机内，在翱翔导航控制软件的辅助下进行翱翔作业。2）．部署GPS接收机。为保证飞机翱翔各时辰的三维坐标数据的精度，需要在地面沿航线布设必然数量的GPS基准站，同时将GPS流动站部署在飞机上。3）．激光扫描测量。起初设置好扫描镜的摇动方向和摇动角度，当飞机翱翔时，红外激光发生器向扫描镜上不停地发射激光，经过飞机的运动和扫描镜的运动反射，使激光束打到地面并覆盖测区，当激光束到达地面或遇到其他阻挡物时被反射回来，被一光电接收感觉器接收并将其变换成电信号。依照激光发射至接收的时间间隔即可精确测出传感器至地面的距离。4）．惯性测量。当飞机翱翔时，惯性测量装置同时也将飞机的翱翔姿态测出来，并和激光的相关数据、扫描镜的扫描角度一起记录在磁带上。5）．数码相机拍摄。利用数码相机进行拍摄时，需要对其拍摄时间间隔和拍摄地址进行控制。平时是用GPS系统进行时间和地址控制。6）．数据传输。航飞数据采集结束后，将所有的激光扫描测量数据、数码影像数据、GPS数据及惯性测量数据都传输到计算机中，为后续数据办理作准备。（二）内业数据办理机载激光扫描仪原始数据经过预办理阶段，生成数字表面模型DSM，再经过数据的过滤和特点提取，获得与建模相关的地形和地物等信息，才可供后续的应用。原始翱翔数据。机载GPS与地面基站GPS的空间地址数据、惯性导航系统数据、激光扫描数据、激光反射强度信息以及回波数据、原始数码影像。航线重构。航线重构为后期的航带拼接，接边检查供应了数据支持。经过.对地面基站GPS数据和机载GPS数据进行结合差分解算，就可以精正确定飞机翱翔轨迹。激光数据的系统误差和异常值剔除。在办理激光测距原始数据时必定剔除异常点，即测距远大于翱翔高度的奇异点或测距值特别小的无效数据。计算激光点三维空间坐标。对飞机GPS轨迹数据、INS飞机姿态数据、激光测距数据及激光扫描镜的摇动角度数据进行结合办理，最后获得各测点的(x，Y，z)三维坐标数据。坐标变换。利用GPs／INS组合系统动向定位所供应的定位信息属于W6S-84坐标系，若是测量结果属于其他坐标系，则必定解决定位结果的坐标转换问题。点位数据读写。系统产生的数据经硬件厂商的初步办理后交到用户手中，由于产品的制造商不相同，所产生的原始数据的格式也不相同。航带拼接。利用翱翔同步获得的地面高清影像，能够确定和除掉航带间的系统误差。航带拼接的目的是提高重叠地区数据精度，满足接边地物的连结性。多源数据配准。遥感图像的成像模式拥有多样性，平时能够在同一地区获得不相同传感器、不相同尺度、不相同时相的数据，所以在交融这些多源数据时就必定应用图像配准技术，用以校正各种图像之间的差异。滤波。目前用于机载激光扫描数据滤波的方法大体可分为数学形态学滤波法、搬动窗口法、迭代线性最小二乘内插法、基于地形坡度滤波等。人工编写。人工交互编写的目的是剔除自动滤波，自动分类没有滤掉的部分粗查和未分类正确的激光点。接边检查。为保证接边地区的地物完满和正确，需要进行基于地物特点的.算法和目视判读方法支持。生成DEM／DSM。经过上述办理的数据进行内插等运算，生成能够满足工程标准的DEM和DSM。、特点与传统航空摄影测量技术对照,该技术拥有直接快速获得三维