基于地面三维激光扫描技术的三维模型重建.doc

基于地面三维激光扫描技术的三维模型重建基于地面三维激光扫描技术的三维模型重建摘要：三维激光扫描技术是一项高新科学技术。日前很多发达以及发展中国家已将这一技术应用于工业测量系统及空对地观测，快速获取特定目标的主体模型。本文通过对地面三维激光扫描技术的应用现状和原理分类的论述，探讨了建立相应的实体模型的技术方法以及这些方法的应用。关键词：地面三维激光扫描技术、点云数据、三维建模一、引言三维激光扫描技术是一项高新科学技术,扫描系统平台分为地面和机载两种类型。三维激光扫描测量技术具有快速、实时性强、无接触、全数字特征、精度高、主动性强等优点,这项技术的出现和发展,克服了传统建筑测量的局限性。地面三维激光扫描系统，与传统的点对点的激光测距不同。它的发展为人们在空间信息获取方面提供了全新的技术手段，使人们从人工单点数据获取的传统方式转变为连续自动获取批量数据的方式，大大的提高了量测的速度与精度。地面三维激光技术可以大量、快速地采集空间点位信息,为快速建立物体的三维影像模型提供一种全新的技术手段。二、地面三维激光扫描技术的原理及分类2.1三维激光扫描仪的测量原理三维激光扫描仪是基于面的数据采集方式。三维激光扫描后获得的原始数据是点云数据。三维激光扫描数据通过简单的处理便可以直接使用，并且不需要与被测物体直接接触，可以在很多复杂的环境下应用。除此以外还并且可以和GPS等集合起来实现更多、更强的应用。三维激光扫描的主要特点是适应性、主动性、实时性好。三维建模即对空间信息进行可视化表达。通常有两类方法：基于几何的方法和基于图像的方法。基于几何的方法是利用三维激光扫描仪来获取深度数据并用这些数据来建立三维模型，这种方法含有被测场景比较精确的几何信息。而基于图像的方法便是通过图片或照片来建立模型，它的数据来源是数码相机。地面型三维激光扫描系统的工作原理：地面三维激光扫描系统是由地面三维激光扫描仪和系统软件、电源以及附属设备构成的。三维激光扫描仪发射器发出一个激光脉冲信号，这个信号经物体表面漫反射以后，沿着几乎相同的路径反方向传回到接收器，可以计算出目标点与扫描仪之间的距离，控制编码器同步测量的每个激光脉冲横向扫描角度观测值和纵向扫描角度观测值。三维激光扫描测量一般为仪器自定义的坐标系。2.2三维激光扫描仪的分类：三维激光扫描仪按照不同的扫描平台可以分为：地面型激光扫描系统、机载(或星载)激光扫描系统、便携式激光扫描系统。三维激光扫描仪作为当今时效性最强的三维数据获取工具可以划分为不同的类型。通常情况下是按照三维激光扫描仪有效的扫描距离来进行分类，可分为：（1）短距离激光扫描仪：通常情况下最佳的扫描距离为0.6～1.2m，最长扫描距离也不超过3m，这类扫描仪通常适合用于小型的模具的量测，不仅扫描精度高而且扫描速度快，可以多达三十万个点精度至±0.018mm。（2）中距离激光扫描仪：最长的扫描距离小于30m的三维激光扫描仪属于中距离三维激光扫描仪，其大多用于室内空间的测量或大型模具。（3）长距离激光扫描仪:扫描距离大于30m的三维激光扫描仪是长距离三维激光扫描仪。它主要应用于建筑物、矿山、大坝、建筑物、大型土木工程等的测量。（4）航空激光扫描仪：最长的扫描距离通常是大于1公里，并且还需要配备精确的导航定位系统，它可用于大范围地形的扫描测量。三、三维激光扫描系统工作流程三维激光扫描系统采集的数据是点云数据。从三维建模的过程看，点云数据处理可分为三个步骤:数据获取、数据加工处理以及数据建模。3.1数据的获取三维激光扫描仪是通过自动控制技术，对目标实体按照事先设置的分辨率进行连续的数据采集和处理，扫描结束后获得原始的点云数据。数据采集过程种中需注意以下几个问题:①数据的完整性。②扫描分辨率的设置。③标靶布设。3.2数据的加工处理获得原始的点云数据后，需要对点云数据进行预处理。预处理过程主要包括数据拼接和噪声处理。3.3数据的建模在预处理的基础上，通过全排序操作并考虑所有可能的约束条件，将实体表面邻近部分的几何特征和邻接关系加以保留，判断并取舍上述的邻接关系，生成相应的三角网格，最终将空间点云数据转换为一个一致的多边形网格模型。四、三维模型重建4.1点云模型点云模型就是利用三维激光扫描技术对目标物进行全方位的扫描,从而得到由三维点云构成的目标物表面模型。(1)控制测量为了更精确地获得目标物的三维数据,首先要在待测目标物周围布设测量控制网(如图1所示),控制测量工作必须遵循“先整体后局部,先控制后碎部”的原则,而控制网的布设又分为平面控制网和高程控制网两部分。(2)三维激光数据采集用三维激光扫描仪对目标物进行全面扫描,得到目标物不同视点的三维点云模型,为了(3)数据配准要得到目标物全面的立体点云模型,还要把不同视点之间的