三维激光扫描点云数据处理及建模研究

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1、三维激光扫描点云数据处理及建模研究摘要：三维激光扫描仪以非接触方式获取物体对象的点云数据，对其建模可真实还原物体对象原始面貌，因而在城市建设、文物保护、农业以及制造业等方面都有很大影响。本文就点云数据空间索引的建立、配准、去噪、精简、分割等原理及处理过程进行详细介绍，并分析不同处理方法有缺点及适用性，最后利用Imageax2017对建筑物三维点云数据模型构建。中国7/vie　　Abstract：3Dlaserscannertoobtainthepointclouddatabythenon-contactmethod.Themodelcanrestoretheoriginalfeature

2、sofobjects.Therefore，ithasagreatinfluenceonurbanconstruction，culturalrelicsprotection，agricultureandmanufacturing.Thispaperanalyzestheregistration，streamline，denoisingandsegmentationprocessofthepointclouddataindetail，exploresthemonprocessingmethodandtheoryandanalyzestheadvantageanddefectofeveryki

3、ndsofthemethods.Finally，Imageax2017isusedtoconstructthe3Dpointclouddatamodel.　　�P键词：点云数据；数据处理；模型构建　　Keyodelbuilding　　中图分类号：TP391.4文献标识码：A：1006-4311（2017）12-0117-03　　0引言　　在全球数字化的时代，三维建模已经成为数字化建设必不可少的一部分。三维激光扫描仪以精度高、速度快、抗干扰性强的方式作业，对物体发射激光束，获取大量点云数据，对点云数据进行处理、建模可快速还原物体真实面貌，相对于以往的建模方式，这种逆向工程模式大大降低的了建

4、模成本与作业时间。从我国于二十世纪90年代激光扫描技术开始受到重视[1]。如今，小到模具制造、林木形态研究，大到防洪救灾、城市规划、工程建设，三维激光扫描技术在各个领域得到了快速发展。　　1工作原理及数据处理流程　　1.1工作原理　　三维激光扫描仪向被测对象物体发射大量激光束，接受反射信号，计算被测对象表面点的三维坐标，记录反射率以及纹理等信息，从而得到点云数据。而不同的仪器制造商生产的仪器对于被测物体表面三维坐标的计算方式又各不相同，主要分为以下两种：①脉冲测距的方法。根据激光束发射与接收的时间差，计算出仪器与被测点间的距离，精密时钟控制编码器同时记录横向角度值与纵向角度值，从而解算出

5、每个点的X，Y，Z坐标值。②相位差测距的方法。距离值是通过获取检测调幅光波发射与接收之间的相位差得到，仪器再记录横向角度值与纵向角度值，解算出X，Y，Z坐标值[2]。　　1.2数据处理流程　　数据处理主要步骤为点云数据的获取、点云数据的预处理、模型构建与纹理映射等。其中预处理包括数据的配准、去噪、精简、分割等。流程图如图1所示。　　2数据预处理　　2.1数据配准　　点云数据配准，也称点云数据拼接。由于激光扫描仪在单一视角下只能扫描到物体的一部分点云数据，不能覆盖整个空间对象。所以在为较大对象（如一个大型建筑物或者一颗大树）激光扫描时，需要从多方位不同视角扫描，也就是需要架设多个测站点，才

6、能把物体扫描完整。每个测站点都会有其独立的坐标系，要获得完整的数据必须将所有测站点数据转换到同一坐标系下，这就需要点云拼接。张庆圆[3]认为点云拼接方法主要为标靶拼接、点云直接拼接以及控制点拼接三种方法。　　①标靶拼接是最简便的拼接方法，在数据扫描时，两站点之间的公共区域内放置至少三个标靶，在扫描物体对象同时扫描标靶点云数据，依次扫描完所有站点，最后利用不同站点相同的标靶数据进行点云配准，值得注意的是，每个标靶必须对应唯一的标靶号，同一标靶在不同测站中的标靶号也必须一致，才能正确完成各站点云数据配准。　　②利用点云直接拼接，在扫描物体对象的两个站之间要有一定的重叠度，一般要大于30%，且

7、要有较为明显的特征点，扫描完成后，寻找重叠区域的同名点进行点云拼接。此方法中重叠区域特征点的确定直接关系到配准结果的好坏，所以要求重叠部分要清晰且要有较多的特征点与特征线。　　③控制点拼接是将三维激光扫描仪与定位系统相结合使用。首先确定公共区域的控制点，在对对象物体扫描的同时扫描控制点，用定位技术确定控制点的坐标，再以控制点为基准对点云数据配准。此方法优点为配准结果精度高，缺点为过程相对复杂。　　2.2数据去噪　　在利用三维激光扫描