三維激光掃描前瞻

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1、三維激光掃描測量技術(shù)探究及應用　　如何快速、準確、有效地獲取空間三維信息，是許多學者深入研究的課題。隨著信息技術(shù)研究的深入及數(shù)字地球、數(shù)字城市、虛擬現(xiàn)實等概念的出現(xiàn)，尤其在當今以計算機技術(shù)為依托的信息時代，人們對空間三維信息的需求更加迫切?；跍y距測角的傳統(tǒng)工程測量方法，在理論、設(shè)備和應用等諸多方面都已相當成熟，新型的全站儀可以完成工業(yè)目標的高精度測量，GPS可以全天候、一天24小時精確定位全球任何位置的三維坐標，但它們多用于稀疏目標點的高精度測量。隨著傳感器、電子、光學、計算機等技術(shù)的發(fā)展，基于計算機視覺理論獲取物體表面三維信息的攝影測量與遙感技術(shù)成為主流，但它在由三維世界轉(zhuǎn)換為二維

2、影像的過程中，不可避免地會喪失部分幾何信息，所以從二維影像出發(fā)理解三維客觀世界，存在自身的局限性。因此，上述獲取空間三維信息的手段難以滿足應用的需求，如何快速、有效地將現(xiàn)實世界的三維信息數(shù)字化并輸入計算機成為解決這一問題的瓶頸。　　三維激光測量技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展為空間三維信息的獲取提供了全新的技術(shù)手段，為信息數(shù)字化發(fā)展提供了必要的生存條件。激光測量技術(shù)出現(xiàn)于上世紀80年代，由于激光具有單色性、方向性、相干性和高亮度等特性，將其引入測量裝置中，在精度、速度、易操作性等方面均表現(xiàn)出巨大的優(yōu)勢，它的出現(xiàn)引發(fā)了現(xiàn)代測量技術(shù)的一場革命，引起相關(guān)行業(yè)學者的廣泛關(guān)注，許多高技術(shù)公司、研究機構(gòu)將研究方向

3、和重點放在激光測量裝置的研究中。隨著激光技術(shù)、半導體技術(shù)、微電子技術(shù)、計算機技術(shù)、傳感器等技術(shù)的發(fā)展和應用需求的推動，激光測量技術(shù)也逐步由點對點的激光測距裝置發(fā)展到采用非接觸主動測量方式快速獲取物體表面大量采樣點三維空間坐標的三維激光掃描測量技術(shù)。隨著三維激光掃描測量裝置在精度、速度、易操作性、輕便、抗干擾能力等性能方面的提升及價格方面的逐步下降，20世紀90年代，其在測繪領(lǐng)域成為研究的熱點，掃描對象不斷擴大，應用領(lǐng)域不斷擴展，逐步成為快速獲取空間實體三維模型的主要方式之一，許多公司都推出了不同類型的三維激光掃描測量系統(tǒng)。上世紀90年代中后期，三維激光掃描儀已形成了頗具規(guī)模的產(chǎn)業(yè)。　　

4、三維激光掃描測量技術(shù)克服了傳統(tǒng)測量技術(shù)的局限性，采用非接觸主動測量方式直接獲取高精度三維數(shù)據(jù)，能夠?qū)θ我馕矬w進行掃描，且沒有白天和黑夜的限制，快速將現(xiàn)實世界的信息轉(zhuǎn)換成可以處理的數(shù)據(jù)。它具有掃描速度快、實時性強、精度高、主動性強、全數(shù)字特征等特點，可以極大地降低成本，節(jié)約時間，而且使用方便，其輸出格式可直接與CAD、三維動畫等工具軟件接口。目前，生產(chǎn)三維激光掃描儀的公司有很多，典型的有瑞士的Leica公司、美國的3DDIGITAL公司和Polhemus公司，奧地利的RIGEL公司、加拿大的OpTech公司、瑞典的TopEye公司、法國的MENSI公司、日本的Minolta公司、澳大利亞

5、的I-SITE公司、中國的北京容創(chuàng)興業(yè)科技發(fā)展公司等。它們各自的產(chǎn)品在測距精度、測距范圍、數(shù)據(jù)采樣率、最小點間距、模型化點定位精度、激光點大小、掃描視場、激光等級、激光波長等指標會有所不同，可根據(jù)不同的情況如成本、模型的精度要求等因素進行綜合考慮之后，選用不同的三維激光掃描儀產(chǎn)品?！　±萌S激光掃描儀獲取的點云數(shù)據(jù)構(gòu)建實體三維幾何模型時，不同的應用對象、不同點云數(shù)據(jù)的特性，三維激光掃描數(shù)據(jù)處理的過程和方法也不盡相同。概括地講，整個數(shù)據(jù)處理過程包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)預處理、幾何模型重建和模型可視化。數(shù)據(jù)采集是模型重建的前提，數(shù)據(jù)預處理為模型重建提供可靠精選的點云數(shù)據(jù)，降低模型重建的復雜度，

6、提高模型重構(gòu)的精確度和速度。數(shù)據(jù)預處理階段涉及的內(nèi)容有點云數(shù)據(jù)的濾波、點云數(shù)據(jù)的平滑、點云數(shù)據(jù)的縮減、點云數(shù)據(jù)的分割、不同站點掃描數(shù)據(jù)的配準及融合等；模型重建階段涉及的內(nèi)容有三維模型的重建、模型重建后的平滑、殘缺數(shù)據(jù)的處理、模型簡化和紋理映射等。實際應用中，應根據(jù)三維激光掃描數(shù)據(jù)的特點及建模需求，選用相應的數(shù)據(jù)處理策略和方法。現(xiàn)有各種類型的點云數(shù)據(jù)處理軟件，如三維激光掃描儀配帶的相應點云數(shù)據(jù)處理軟件或逆向工程領(lǐng)域比較著名的商業(yè)點云處理軟件，一般都具有點云數(shù)據(jù)編輯、拼接與合并、數(shù)據(jù)點三維空間量測、點云數(shù)據(jù)可視化、空間數(shù)據(jù)三維建模、紋理分析處理和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換等功能，但它們往往具有通用的處理功能

7、，對于特定的數(shù)據(jù)處理效果有一定的不足之處，在功能和性能上也或多或少存在一定缺陷，且一般比較昂貴。目前盡管三維激光掃描測量技術(shù)應用領(lǐng)域廣泛，但相關(guān)的理論與方法研究仍有待于完善。　　三維激光掃描測量技術(shù)在測繪領(lǐng)域有廣泛的應用。激光掃描技術(shù)與慣性導航系統(tǒng)（INS）、全球定位系統(tǒng)（GPS）、電荷耦合(CCD)等技術(shù)相結(jié)合，在大范圍數(shù)字高程模型的高精度實時獲取、城市三維模型重建、局部區(qū)域的地理信息獲取等方面表現(xiàn)出強大的優(yōu)勢，成為攝影測量與遙感技術(shù)的一個重