地面激光扫描中激光强度值的影响因素及改正方法.pdf

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1、第39卷第9期测绘科学Vo1．39NO．92014年09月ScienceofSurveyingandMappingSep．地面激光扫描中激光强度值的影响因素及改正方法谭凯，程效军(同济大学测绘与地理信息学院，上海200092)摘要：激光强度作为地面三维激光扫描仪特有的测量值，在现有三维激光扫描仪中并没有得到有效利用。鉴于此，文章从理论上推导了激光强度值的影响因素，根据强度值的影响因素提出了一种强度值的改正方法，并通过实验对理论模型进行了验证分析。实验结果表明：本文提出的改正方法能较好地对强度值进行改正，对相关的硬件制造和应用具有一定的价值。关键词：激光强度值；激

2、光测距值；激光入射角；影响因素；改正方法【中图分类号1P234．1【文献标识码】A【文章编号11009—2307(2014)090098—05应用，而目前缺少有效的改正方法，这就很大程l引言度上限制了强度值的直接应用。针对这种情况，地面激光扫描(TerrestrialLaserScanning，本文拟先从理论上推导分析强度值的影响因素；TIs)是近年来发展迅速的一种空问信息获取手段，然后根据推导的理论模型提出一种强度值的改正它以快速、精确、高密度扫描等优势，广泛应用方法，最后通过实例数据分析，验证理论模型的于文物保护、建筑测量与三维建模、地形测绘、正确性，为拓宽

3、强度值的应用提供理论参考。变形监测、隧道工程、桥梁改建等领域。现有地2激光强度的影响因素面三维激光扫描仪获取的扫描数据包括几何信息和物理信息两部分。其中几何信息是指点云的三激光强度是目标对发射激光光束的后向散射维坐标信息X、y、Z；物理信息则包括色彩信息回波的光功率，它作为反映目标特性的重要特征R、G、B和激光强度值j(LaserIntensity)。值，包含目标的表面特征信息，可用于点云数据目前的研究应用中主要使用点云的几何信息，分割、目标分类、边缘检测、特征提取及点云可即利用获得的点云三维坐标来进行测量、绘图、视化分析等领域，在地面三维激光扫描仪中有着建模及

4、形变监测等。激光强度作为地面三维激光巨大的潜在应用。地面三维激光扫描仪中，发射扫描仪特有的测量值，在现有的研究中并没有得出的激光光束经大气衰减到达目标表面，再与目到有效的应用。目前大多是使用从强度值中派生标表面发生作用，散射后再经大气作用被接收机而来的变量(比如强度中值、强度标准差、强度密接收，在接收机内部转换和放大，接收功率最终度、目标反射率等)来描述目标特性l】j，这主要是转换成一个电子信号强度。在这一过程中，理论由于受到系统误差、大气条件、扫描几何形状等上说，同一目标得到的强度值相同或接近，不同因素的影响，强度值存在较大偏差，不能真实反目标由于表面特性不同

5、得到的强度值相差较大，映目标信息。测量得到的强度值需要进行相应的但由于受到系统变量和目标变量的影响，强度值改正才能从中提取目标属性信息，进行进一步的存在较大偏差，同一目标测得的强度值可能不同，不同目标测得的强度值可能相同，这就为直接利作者简介：谭凯(1987)，男，湖南娄用强度值进行分类等应用带来了困难，所以必须底人，博士研究生，主要从事三维激分析强度值的影响因素并对其进行改正，使改正光扫描、近景摄影测量等方面的研究后的强度值能够直接反应目标表面信息，利用改工作。正后的强度值进行点云分类、目标表面信息提取E—mail：502365061@qq．corn和点云可视

6、化分析等。强度值影响因素中的系统变量主要包括激光收稿日期：2012—1l一27基金项目：国家自然科学资金项目测距值、激光入射角、大气衰减、信号处理等；目标变量则主要包括目标反射率、目标粗糙度、第9期谭凯等地面激光扫描中激光强度值的影响因素及改正方法99目标尺寸、目标倾斜度等]。强度值改正目的就是3激光强度值改正要去除系统变量的影响，使强度值中仅包含目标变量的信息，使其能直接反应目标属性信息。强度值改正目的就是要去除系统变量的影响，通常情况下，对于地面三维激光扫描仪，扫使强度值中仅包含目标变量的信息。从(6)式可描距离较近，大气衰减因素可以忽略不计，可以知，对于地

7、面三维激光扫描仪，忽略大气影响，用式(1)来表示激光强度值与目标反射率P、激光原始强度值需要进行距离、入射角、大气衰减及测距值R、激光入射角0及发射功率P的关系：发射功率的改正，去除系统变量的影响后，才能—f(p，R，0，P￡)(1)使其具有可比性，从中提取目标属性信息。对于某一表面性质均匀的扩展目标，p可以看3．1测距值改正成近似一致，再假定发射功率P稳定，则(1)式激光测距值是指仪器中心至目标点之间的距可以简化为：离。对于某一性质均匀的目标，理论上各点测得的强度值应该相同，但由于各扫描点至仪器中心I—f(R，)(2)激光雷达作用距离方程的一般形式为]：的距离

8、不同，导致最终测得的各点