DB14∕T 1926-2019 石窟寺文物三维激光扫描数字化采集规程

ICS35.240.99DB14山西省市场监督管理局IDB14/T1926—2019前言 12规范性引用文件 13术语和定义 14一般要求 25采集准备 26数据格式 37控制测量 38扫描流程 49数据处理 5 6 6DB14/T1926—2019本标准按照GB/T1.1-2009给出的规则起草。本标准由山西省文物局提出并监督实施。本标准山西省文物保护标准化技术委员会（SXS/TC03）归口。本标准主要起草单位：云冈石窟研究院。本标准参与起草单位：北京建筑大学、山西云冈数字科技有限公司、大同市勘察测绘院。本标准主要起草人：宁波、吴志群、何勇、吴邵明、周宇超、卿照、崔晓霞。DB14/T1926—20191石窟寺文物三维激光扫描数字化采集规程本标准规定了石窟寺文物三维激光扫描数字化采集的术语和定义、一般要求、采集准备、数据格式、控制测量、扫描流程、数据处理、成果数据及成果评价。本标准适用于石窟寺文物数字化采集。2规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T12898国家三、四等水准测量规范GB/T14950摄影测量与遥感术语GB/T15314精密工程测量规范GB/T17941数字测绘成果质量要求GB/T18314全球定位系统（GPS）测量规范GB/T18316数字测绘成果质量检查与验收GB/T18894电子文件归档与管理规范GB/T24356测绘成果质量检查与验收GB/T50001房屋建筑制图统一标准GB/T50103总图制图标准(附条文说明)GB/T50104建筑制图标准CH/T1004测绘技术设计规定CH/T9016三维地理信息模型生产规范CJJ/T8城市测量规范CJJ/T73卫星定位城市测量技术规范JJG100全站型电子速测仪检定规程JJG2101数字水准仪检定规程田野考古工作规程修订版(2009)3术语和定义下列术语和定义适用于本文件。3.1石窟寺依着山势，从山崖壁面向内部纵深开凿的庙宇建筑，内有造像、壁画等。DB14/T1926—201923.2三维激光扫描采用三维激光扫描仪获取物体表面高精度、高分辨率的三维点云数据。3.3点云以离散方式分布在三维空间中的点的集合。3.4点云密度单位体积上点的平均数量。3.5点间距点云中相邻两点之间的距离。3.6点云配准把不同局部坐标系点云数据通过同名几何条件约束，变换到统一坐标系下，构成完整点云数据的过程。3.7数字正射影像利用数字高程模型对扫描处理的数字化的航空像片、遥感影像（单色/彩色），经逐个象元进行投影差改正，再按影像镶嵌，根据图幅范围剪裁生成的影像数据。4一般要求4.1平面基准采用2000国家大地坐标系。4.2高程基准采用1985国家高程基准。4.3地面三维激光扫描作业及产品涉及的日期采用公元纪年，时间采用北京时间。5采集准备5.1技术设计5.2仪器检校5.2.1三维激光扫描仪的精度指标DB14/T1926—20193根据技术设计书的精度选择适宜的地面三维激光扫描设备，可选择单一类型扫描仪，也可多种型号扫描仪配合使用，地面站式三维激光扫描仪观测精度指标应满足下列要求：a)测距精度md≤3mm；5.2.2数码相机能够正常拍摄图像，内存卡容量应充足；外置同轴相机需进行参数校正。5.2.3全站仪应符合JJG100的规定。5.2.4GNSS接收设备应符合CJJ/T73的规定。5.2.5水准仪应符合JJG2101的规定。6数据格式应符合表1的要求。表1数据格式7控制测量7.1控制网布设7.1.1不单独布设控制网的要求局部、小区域或单体扫描目标物，符合下列条件时可不单独布设控制网,固定扫描目标物宜与已有空间参考系建立联系：a)区域面积小于0.01km²,扫描站可以通过标靶进行闭合时；DB14/T1926—20194b)线状区域、长度在300m以下时；c)扫描站数不超过10站时。7.1.2控制网布设要求a)控制网应根据已知控制点的情况、测区内地形地貌情况、区域内扫描目标物的分布情况和不同目标物扫描的不同精度要求，设计控制网的网形和线路走向；b)控制网应全面控制扫描的区域，在分区进行扫描作业时，应对各区的点云数据的配准起到联系和控制误差传递的作用；c)两个控制点间扫描站数应不超过10站；d)控制网宜沿主要道路布设，宜设计为附和线路或构成网状；e)控制点位选定应方便标靶点的测量。7.2控制网观测a)控制测量方法。一级导线、二级GNSS静态、四等水准；b)导线测量、GNSS测量和水准测量作业应符合CJJ/T8中的规定。8扫描流程8.1扫描站测设8.1.1扫描站布设8.1.1.1扫描站应该设置在视野开阔、地面稳定的安全区域。8.1.1.2设计扫描站的扫描范围应覆盖整个扫描目标物，均匀布设，尽量减少设站数量。8.1.1.3目标物结构复杂、通视困难或线路拐角的情况应适当增加扫描站。8.1.2扫描站坐标观测测设扫描站坐标时，应在不同控制点上测设扫描站坐标至少2次，各次测量值平面较差不大于2cm，高程较差不大于2cm。取各次测量平均值作为扫描站坐标。8.2标靶设置8.2.1标靶布设8.2.1.1每一扫描站的标靶不少于4个。8.2.1.2相邻两扫描站的公共标靶不少于3个。8.2.1.3标靶应在相邻两扫描站连线的中点附近区域，均匀布置且高低错落。8.2.1.4同一扫描站标靶之间的距离至少有一个不小于扫描目标物主体到扫描站的距离。8.2.1.5标靶不易设置区域，可选择在点云中有明显特征的点、线等来代替标靶。8.2.2标靶测设在需要借助标靶进行坐标系转换时，应在不同控制点上施测2次以上，各次测量最大互差不大于2cm，高程最大互差不大于2cm。取各次测量平均值作为标靶的中心坐标。8.3点云数据采集DB14/T1926—201958.3.1作业前应将仪器放置在观测环境中进行温度平衡。8.3.2激光扫描仪应按以下步骤操作：架设扫描站、建立扫描项目、扫描范围设置、点间距或者采集分辨率设置、开始扫描。8.3.3扫描站应按顺序编号。8.3.4扫描点间距≤2mm。8.3.5整体采集分辨率较低时，应对标靶进行精扫。8.3.6相邻扫描站间点云数据的重叠度应不低于30%。8.3.7扫描过程中仪器工作出现断电、死机等异常或者仪器位置出现变化，应重新启动仪器进行自检、重新开始扫描。8.3.8点云的覆盖率≥90%。8.4纹理图像数据采集8.4.1纹理图像采集使用满足分辨率要求的单反相机，单张图像相幅设置到相机的最大分辨率。8.4.2图像的拍摄角度应尽可能保持镜头正对目标面。无法正面拍摄全景时，先拍摄部分全景，再逐个正对拍摄，后期再进行合成。8.4.3选择光线较为柔和、均匀的天气进行拍摄，避免逆光拍摄。能见度过低或光线过暗时不宜拍摄。8.4.4相邻照片之间应保证有不小于30%的重叠区域。8.4.5采集图像时应绘制图像采集分布图。9数据处理9.1点云数据配准9.1.1根据不同的作业方法，可选择应用控制点、地物特征点、标靶进行点云数据配准。9.1.2相邻扫描站间点云重叠度不应小于30%。9.1.3采用不少于3个同名点建立转换矩阵进行点云配准，配准后同名点的内附合精度高于点间距。9.2坐标系统转换9.2.1石窟寺文物三维扫描点云，应根据物体体量不同，选择不同坐标系统转换方式。9.2.2使用绝对坐标的整体转换。9.2.3应采用3个及以上、分布均匀的同名点进行坐标系转换，通过参数模型解算点云坐标系和绝对坐标系之间的转换参数，坐标转换中误差应不大于2mm。9.3降噪与抽稀9.3.1点云数据中存在脱离扫描目标物的异常点、孤立点时，应视点的数量采用滤波方法或人工手动进行点云数据降噪处理。9.3.2对点云数据抽稀应符合下列规定：a)扫描目标物表面曲率变化不大区域宜用均匀抽稀，抽稀的原则满足建模时点密度要求；b)扫描目标物表面曲率变化明显区域宜采用保持特征的抽稀，根据法向量变化和曲率识别特征区域进行抽稀。9.4图像数据处理DB14/T1926—20196具体步骤应包括图像色调调整和色彩纠偏、变形纠正、图像配准、格式转换，同时应符合下列要求：a)图像出现曝光过度、曝光不足、阴影、相邻图像间的色差等现象时，应进行色调调整，色彩纠偏，保持图像反差适中、色调一致；b)因视角或镜头畸变引起变形，应对图像的变形部分作纠正处理；c)图像配准时，应保证图像细节表现清晰，无配准镶嵌缝隙；d)宜将处理后的图像转换为通用的文件格式；e)处理后的图像应与实地情况相符，真实反映实际材质的图案、质感、颜色及透明度。10成果数据10.1三维模型10.1.1采用点云三角化的方法建立初步模型。10.1.2采用孔填充、边修补、简化和细化、光滑处理等技术手段对初步模型进行优化。10.2纹理映射10.2.1纹理映射的阈值（三角网模型与图像的对应点偏差值）不大于2mm。10.2.2纹理映射完成后检查图像和三角网模型的匹配质量，对于超过阈值的映射成果应重新选取同名点对，重新纹理映射。10.2.3纹理映射完成后检查图像和三角网模型的匹配质量，对于超过阈值的映射成果应重新选取同名点对，重新纹理映射。10.3数字正射影像10.3.1数字正射影像图的作业流程应包括点云正摄纠正、图像数据预处理、构建三角网、纹理映射、图像输出、图像融合、图像裁切等过程。10.3.2正射影像图应无明显配准痕迹，图像色彩应接近真彩色，纹理应清晰，色调应均匀，反差应适10.3.3图像输出应满足成果要求，分辨率不小于150dpi。10.3.4正射影像图按不同比例输出时，相邻两张图像不少于25%的重叠区域。10.3.5正射影像图宜采用TIFF格式存储。10.4平面图、立面图、剖面图10.4.1平面图、立面图、剖面图制作应符合GB/T50001、GB/T50103、GB/T50104的规定。10.4.2剖面图宜采用点云切片方式绘制，使切片点云投影到平面，基于投影点云描绘。10.4.3点云采集不全或无法准确获取结构尺寸时，对目标物交接关系明确的，根据露明部分尺寸推算隐蔽尺寸，反推算的结果应特别说明。10.4.4平面图、立面图、剖面图的结构尺寸应实地检核，中误差不大于5mm。10.4.5绘制某一比例尺的平面图、立面图，依据的正射影像的比例尺不小于绘制比例尺的2倍。11成果评价11.1点云数据按表2点云数据检查质量元素与详查内容评价。11.2三维模型按表3三维模型检查质量元素与详查内容评价。DB14/T1926—2019711.3