三维激光扫描数据采集误差来源及精度分析

作者:王俊杰 刊名:科协论坛(下半月) 上传者:何元夫

【摘要】三维激光扫描技术是测绘领域的一项新技术,具有高效率高精度的独特优势。介绍了三维激光扫描系统的测量原理,分析了点云数据采集的误差来源主要是仪器误差、与目标物体反射面有关的误差、外界环境条件等三类,并引进点位精度模型结合具体仪器进行了分析。

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科研探索 知识创新 与 97—— 科协论坛 · 2011 年第 5 期(下) —— 三维激光扫描数据采集误差来源及精度分析 □ 王俊杰 (河海大学地球科学与工程学院 江苏·南京 210098) 摘 要:三维激光扫描技术是测绘领域的一项新技术,具有高效率高精度的独特优势。介绍了三维激光扫描系统的测量原理,分析了点云数据采集的误差来源主要是仪器误差、与目标物体反射面有关的误差、外界环境条件等三类,并引进点位精度模型结合具体仪器进行了分析。 关键词:三维激光扫描技术 点云数据 误差分析 中图分类号:TV221 文献标识码:A 文章编号:1007-3973(2011)005-097-02 三维激光扫描获取的点云数据是三维建模的基础。但是,在数据的采集过程中,点云数据不可避免的会带有误差,这对建模会有很大的影响。对误差置之不理,最后构建出来的实体模型将由于误差的存在而与原型大相径庭。只有对点云数据采集的误差来源,了然于胸,才能很好的控制误差对于最后建模的影响。 1 三维激光扫描系统简介 三维激光扫描系统是目前国际上最先进的获取地表目标三维数据的测量技术,它将传统测量系统的点测量扩展到面测量,其具有外业时间短、数据丰富、表达建筑物微部较精细等一系列优点,且所采集到的点云数据还可以进行多种后处理工作。 1.1 三维激光扫描系统的分类 按照扫描平台的不同,三维激光扫描系统可以分为 3 类:机载型激光扫描系统;地面型激光扫描系统,根据测量方式的不同,进一步分为移动式激光扫描系统和固定式激光扫描系统;手持型激光扫描系统。地面型固定式三维激光扫描系统是目前最为常用的三维激光扫描装置。 1.2 地面型三维激光扫描系统工作原理 对于三维激光扫描仪而言,采用的是系统局部坐标系,一般X、Y 轴在局部坐标系的水平面上,Y 轴常为扫描仪扫描方向,Z 轴为垂向方向。由此,可得扫描目标点 P 的坐标的计算公式。 (1) 图 1 采用脉冲测距法的三维激光点坐标 缘检测算法具有如表 1 所示的优点。 表 1 传统算法与改进算法对比 4 结论 由于小波变换具有多分辨分析特性和时频局部化能力,因此在通过对多尺度小波变换的分析并结合实际图像的比较之后,可以发现在边缘检测、去噪和图像增强等方面都具有很强的优势。并且多尺度小波变换更适合用来检测受噪声污染比较严重的模糊图像和低对比度图像,尤其对微弱目标,因此这种算法首先能抑制噪声、增强对比度,然后利用多尺度的模极 大值方法可以有效检测出目标边缘,从而实现 3%对比度下的目标精确定位。当然任何算法都有不足,这种算法就是需要进行多尺度运算,计算量较大。 参考文献: [1] 马宪民.一种基于小波变换的煤矸石图像边缘检测方法[J]. 仪器仪表学报,2006,27(6):2130-2131; [2] 胡永胜,赵军红,贺小良.高压电力设备红外图像的边缘检测 [J].国外电子测量技术,2006,25(11):56-59; [3] 云颖,戴曙光,穆平安.基于小波变换的汽车前照灯图像边缘检测[J].上海理工大学学报,2009,6(31):593-595; [4] 微光杏, 吴锡胜. 新型边缘检测法 [J]. 计算机工程与设计, 2007,28(4):882-887; [5] 飞思科技.Matlab6.5 辅助小波分析与应用[M].北京:电子工业出版社,2003. 科研探索 知识创新 与 98 —— 科协论坛 · 2011 年第 5 期(下) —— 2 点云数据的误差来源及分析 从误差理论角度说,测量误差可分为系统误差、偶然误差和粗差。系统误差引起扫描点的坐标偏差,可

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