[發(fā)明專利]一種基于海量三維激光掃描點云數(shù)據(jù)的處理方法

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• 申請日: 2014-03-12
• 公開（公告）號: CN103886555A
• 公開（公告）日: 2014-06-25
• 發(fā)明（設計）人: 徐欣;陳槐;郭英才
• 申請（專利權）人: 北京昊峰東方科技有限公司
• 主分類號: G06T5/00
• 分類號: G06T5/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域：

本發(fā)明涉及到數(shù)據(jù)處理、三維數(shù)字化領域，屬于三維數(shù)據(jù)處理算法中的一部分，對采集到海量數(shù)據(jù)進行進一步處理數(shù)據(jù)，以提高數(shù)據(jù)處理速度和數(shù)據(jù)精確度，為方便后期數(shù)據(jù)調用奠定基礎。?

背景技術：

三維激光掃描技術又被稱為實景復制技術，是測繪領域繼GPS技術之后的一次技術革命。它突破了傳統(tǒng)的單點測量方法，具有高效率、高精度的獨特優(yōu)勢。三維激光掃描技術能夠提供掃描物體表面的三維點云數(shù)據(jù)，它通過高速激光掃描測量的方法，大面積高分辨率地快速獲取被測對象表面的三維坐標數(shù)據(jù)，可以快速、大量的采集空間點位信息，因此可以用于獲取高精度高分辨率的數(shù)字模型。在測繪工程、文物數(shù)字化保護、土木工程、工業(yè)測量、自然災害調查、數(shù)字城市地形可視化、城鄉(xiāng)規(guī)劃等領域有廣泛的應用?

對于模型的構建，數(shù)據(jù)采集后的處理算法起到關鍵的作用。數(shù)據(jù)采集過程易受環(huán)境和系統(tǒng)的影響，掃描數(shù)據(jù)量相當大，點云數(shù)據(jù)過度密集，不可避免的會有一些冗余信息和干擾噪聲點，會嚴重地影響模型的構建的速度和精度。所以，采集后海量數(shù)據(jù)的處理算法可以保證得到可靠精選的點云數(shù)據(jù)，以提高數(shù)據(jù)處理速度和數(shù)據(jù)精確度，降低后期數(shù)據(jù)調用、使用的難度。?

發(fā)明內容：

為解決現(xiàn)有數(shù)據(jù)處理能力不足問題，本發(fā)明的目的在于提供大場景海量三維點云數(shù)據(jù)后處理算法，針對海量三維激光掃描數(shù)據(jù)特征，降低大數(shù)據(jù)量加載對硬件的要求，剔除噪聲數(shù)據(jù)點，進行點云數(shù)據(jù)的精簡并平滑處理，最后把所有分站數(shù)據(jù)拼合對齊，提高數(shù)據(jù)處理速度和數(shù)據(jù)精確度，更方便后期數(shù)據(jù)的調用。?

附圖說明：

圖1為本發(fā)明專利的三維點云數(shù)據(jù)后處理算法流程圖?

具體實施方式：

分站點加載采集到的點云數(shù)據(jù)到3D顯示平臺中，并根據(jù)需要調整加載的點密度；采用觀檢查法、線檢查法和弦高差方法，除去那些誤差大的噪聲點和找出可能存在的失真點；在保證后繼曲面構建精度的前提下，對點云數(shù)據(jù)進行精簡；以均值濾波和高斯濾波法，對點云數(shù)據(jù)進行平滑濾波處理；把各分站測量對應的局部坐標系統(tǒng)一到同一坐標系，并消除相鄰2次測量問的重疊部分，將分站測量所得到的多片點云數(shù)據(jù)拼合在一起，即點云數(shù)據(jù)的拼合對齊，以得到被測物體表面的完整數(shù)據(jù)。?

噪聲點的剔除和失真點的查找。在非接觸三維掃描測量過程中，受測量方式、被測量物體材料性質、外界干擾等因素的影響，不可避免地會產生誤差很大的點(噪聲點)和失真點(跳點)。因此在數(shù)據(jù)處理的第一步，就應利用相關專用軟件所提供的去噪聲點功能除去那些誤差大的噪聲點和找出可能存在的失真點。?

①觀檢查法。通過圖形顯示終端，用肉眼直接將與截面數(shù)據(jù)點集偏離較大的點或存在于屏幕上的孤點剔除。這種方法適合于數(shù)據(jù)的初步檢查，可從數(shù)據(jù)點集中篩選出一些比較大的異常點。?

②線檢查法。通過截面的首末數(shù)據(jù)點，用最小二乘法擬合得到一條樣條曲線，曲線的階次可根據(jù)曲面截面的形狀決定，通常為3～4階，然后分別計算中間數(shù)據(jù)點pi到樣條曲線的距離||e||，如果||e||大于等于[ε]([ε]為給定的允差)，則認為pi是壞點，應予以剔除。?

③弦高差方法。連接檢查點的前后2點，計算中間數(shù)據(jù)點pi到弦的距離||e||，如果||e||大于等于[ε]([ε]為給定的允差)，則認為pi是壞點，應予以剔除。這種方法適合于測量點均勻且較密集的場合，特別是在曲率變化較大的位置。?

數(shù)據(jù)精簡。非接觸三維掃描測量的突出特點是點云十分密集，數(shù)據(jù)量極其龐大(在1m2的范圍內有數(shù)十萬個點)。若將如此龐大的數(shù)據(jù)量直接用于曲面構建不僅需要巨大的計算機資源(普通微機可能無法勝任)和很長的計算時間，而且整個處理過程也將變得難以控制，更何況并非所有的測試數(shù)據(jù)對曲面的構建都有用。因此，有必要在保證一定精度的前提下，對測試數(shù)據(jù)進行精簡。數(shù)據(jù)精簡的原則是在掃描曲率較大的地方保持較多的數(shù)據(jù)點，在曲率變化較小的地方保持較少的數(shù)據(jù)點。不同類型的點云采用不同的精簡方式。散亂點云可通過隨機采?樣的方法來精簡，而對于掃描線點云和多邊形點云可采用等間距、倍率、等量及弦偏差等方法進行精減。?

數(shù)據(jù)的平滑處理。點云數(shù)據(jù)中的隨機誤差將影響到后續(xù)曲面的構建及生成三維實體模型的質量，因此在構建曲面之前需對點云數(shù)據(jù)進行平滑濾波處理。平滑濾波處理有如下2種方式：?