《三维激光扫描》.doc

三维激光扫描三维激光扫描仪的主要构造是由一台高速精确的激光测距仪,配上一组可以引导激光并以均匀角速度扫描的反射棱镜。激光测距仪主动发射激光,同时接受由自然物表面反射的信号从而可以进行测距,针对每一个扫描点可测得测站至扫描点的斜距,再配合扫描的水平和垂直方向角,可以得到每一扫描点与测站的空间相对坐标。如果测站的空间坐标是已知的,那么则可以求得每一个扫描点的三维坐标。地面型三维激光扫描系统工作原理: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,可以计算日标点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观测值α和纵向扫描角度观测值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。图1扫描点坐标计算原理coscosPXSβα=cossinPYSβα=(1)cosPZSβ=图2地面激光扫描仪测量的基本原理整个系统由地面三维激光扫描仪、数码相机、后处理软件、电源以及附属设备构成,它采用非接触式高速激光测量方式,获取地形或者复杂物体的几何图形数据和影像数据。最终由后处理软件对采集的点云数据和影像数据进行处理转换成绝对坐标系中的空间位置坐标或模型,以多种不同的格式输出,满足空间信息数据库的数据源和不同应用的需要。图3地面激光扫描仪系统组成与坐标系目前阶段,需要通过两种类型的软件才能使三维激光扫描仪发挥其功能:一类是扫描仪的控制软件;另一类是数据处理软件。前者通常是扫描仪随机附带的操作软件,既可以用于获取数据,也可以对数据进行相应处理,如Riegi扫描仪附带的软件RiSCANPro;而后者多为第三方厂商提供,主要用于数据处理。。三维建模的步骤:三维激光扫描系统采集的数据为点云数据,点云数据处理一般包含下面几个步骤:噪声去除、多视对齐、数据精简、曲面重构。噪声去除指除去点云数据中扫描对象之外的数据。在扫描过程中,由于某些环境因素的影响,比如移动的车辆、行人及树木等,也会被扫描仪采集。这些数据在后处理就要删除。多视对齐其指由于被测件过大或形状复杂,扫描时往往不能一次测出所有数据,而需要从不同位置、多视角进行多次扫描,这些点云就需要对齐、拼接称为多视对齐。点云对齐、拼接可以通过在物体表面布设同名控制点来实现。多视对齐的实质是计算满足如下目标函数的旋转和平移变换矩阵R,T:2(,)min[]iifRTRpTq=?+-∑(2)其中,pi,qi为需对齐的点云,上式是一个高度非线性问题。点云对齐的研究主要集中于寻求该问题的快速有效的求解方法。其中最著名的是Basl和Mokay于1992年提出的ICP算法。点云的数据精简指的是由于点云数据是海量数据,在不影响曲面重构和保持一定精度的情况下需要对数据进行精简。常用的精简方法可采用下列方式:平均精简——原点云中每n个点保留1个;按距离精简——删除一些点后使保留的点云中点与点间的距离均大于某值。为了真实地还原扫描日标的本来面日,需要将扫描数据用准确的曲面表示出来,这个过程叫曲面重构。曲面常见表示种类有:三角形网格,细分曲面,明确的函数表示,暗含的函数表示,参数曲面,张量积B样条曲面,NURBS曲面,曲化的面片等。经过曲面重构后,