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三维扫描仪数据处理

2017-09-25

  点云数据处理的完整过程包括点云数据预处理、实体模建立、数据结果的输出等步骤。

  扫描得到的“点云”成果是包含点的三维坐标及颜色属性的点集合,而建筑测绘需要得到成果是由“线”、“面”组成的二维线画图。如何将三维点云转化成二维线画图便是点云的处理和应用的关键。三维点云转化成二维线画图有下述几个途径:一是直接量测点云模型上建筑的相关数据,按照传统古建筑测绘的方法绘制成图;二是截取点云的一部分形成点云“切片”,然后将“切片”导入相关软件经拟合后形成二维线画图;三是对建筑的某个面域制作相对于该面的正射投影“点云”图,对正射投影图匹配照片颜色信息后导入其他处理软件后进行“描摹”成二维线画图。除此之外,对于建筑组群需要制作连续正射影像图,对于特殊形体的建筑附属物可以通过等值线图来体现。

  一般来说三维扫描仪很难从一个方向扫描一次便可得到扫描目标的完整点云数据,反映一个扫描实体信息通常要由若干幅扫描才能完成,但每个扫描图幅都是以扫描仪位置为零点的局部坐标系,亦即每次经扫描而得到的点云数据的坐标系是独立和不关联的。但实际上每幅点云阵数据都是扫描场景的一部分,那么就有必要将这些点云数阵据转换到同一坐标系里,所以要对得到的点云数据进行拼接匹配。

  在点云数据的拼接过程中或者说三维数据在处理软件的操作中,势必进行一系列的三维变换,如平移、旋转和缩放等。为了把扫描结果以形象的表现形式表达出来,以任意角度观看点云的任意部分,其实质就是三维图形的变换和处理。一般而言,为实现两幅扫描图像的拼接的前提条件是,两幅扫描图像中应该有重合的部分,即前后两次扫描中目标物体应该有一部分都被扫描到,大致上所说的重叠部分应该占整个图像的20~30%,如果重叠部分所占的比例太小,则很难保证拼接的精度,所占比例太大,则会增加扫描次数和拼接的工作量。

  对三维点云数据进行预处理,一般需要对获取的原始数据进行再加工,检查数据的完整性及数据的一致性,进行数据格式的规范化、进行点云过滤等操作。由于扫描仪在现场使用中工作环境复杂,尤其在施工现场工作时,施工机的运动、人员走动、树木、建筑物遮挡、施工浮尘及扫描目标本身反射特性的不均匀等影响,将会造成扫描获取的点云数据的不稳定点和噪音点,

  这些点的存在是扫描结果中所不期望得到的,在后期处理中对这些点云数据要进行去除,这个过程称为点云的过滤,点云的过滤是数据预处理的一个重要过程,对数据结果有重要影响。

  通常来说,如果初始的点云数据同名点重合操作理想,只需要较少的点云搜索计算工作便可以完成点云数据的精确拼接,否则需要大量的计算工作才可完成,同时叠加计算次数还取决于所设定的误差参考值。根据数据使用的需要,还可以对拼接完成的数据进行多层数据的合并、点云数据的去噪、删减、降低点云密度等操作。


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