1 长安大学 道路施工技术与装备教育部重点实验室, 陕西 西安 710064
2 中国铁建重工集团股份有限公司, 湖南 长沙 410000
3 南京信息工程大学 计算机与软件学院, 江苏 南京 210044
三维重建技术是机器视觉中最热门的研究方向之一，在无人驾驶和数字化加工与生产等领域得到了广泛的应用。传统的三维重建方法包括深度相机和多线激光扫描仪，但是通过深度相机获得的点云存在着信息不完整和不精确的问题，而多线激光扫描仪成本高，阻碍了该项技术的应用和研究。为解决上述问题，提出了一种基于转动式二维激光扫描仪的三维重建方法。首先，用步进电机带动二维激光扫描仪旋转运动来获取三维点云数据。然后，用多传感器融合的方法对激光扫描仪的位置进行标定，采用坐标系变换完成点云数据的匹配。最后，对采集得到的点云数据进行了滤波和精简处理。实验结果表明：相较于深度相机/IMU数据融合的重建方法，平均误差降低了0.93 mm，为4.24 mm；精度达到了毫米级别，误差率也控制在了2%以内；整套设备的成本相较于多线激光扫描仪大大降低。本文方法基本满足保留物体的外形特征、高精度和成本低的要求。
二维激光扫描仪 坐标系变换 多传感器融合 三维重建 2D laser scanner coordinate system transformation multi-sensor fusion three-dimensional reconstruction
1 南京航空航天大学机电学院，江苏 南京 210016
2 航空工业北京长城计量测试技术研究所，北京 100095
对于由激光跟踪仪Leica AT901-MR、激光扫描仪Leica T-Scan5（以下简称“T-Scan”）和工业机器人KUKA KR90R3100 extra组成的测量系统，合理规划激光跟踪仪站位来测量变化频繁的T-Scan位姿成为关键问题之一。针对该问题，首先构建融合了激光跟踪仪和T-Scan测量特性的组合测量约束模型，并提出判断站位可行性的站位评价方法；然后，为了提高测量效率与减小站位数量，基于站位评价方法设计站位规划方法的流程；最后，基于Open CASCADE程序实现了站位规划，并设计蒙皮扫描实验进行验证。结果表明：所提方法规划的激光跟踪仪站位的数量比经验法的数量少；在规划站位下对蒙皮开展的测量耗时约5 min，而经验法的测量耗时约40 min。
测量 激光扫描仪 激光跟踪仪 工业机器人 组合测量 站位规划 Open CASCADE 激光与光电子学进展
2021, 58(17): 1712001
1 同济大学测绘与地理信息学院, 上海 200092
2 浙江农林大学环境与资源学院, 浙江 杭州311300
利用Leica C05三维激光扫描仪和南方全站仪以多种特征的植物表面为观测目标,获取点云数据和距离参考值,研究不同植物表面的颜色、粗糙度和测站距离对点云的测距精度和激光回波强度的影响。实验结果表明:测站距离小于100 m时,扫描仪测距误差为1~5 mm,超过90 m时,测站距离每增加10 m,激光点云测距误差约增加1 mm;颜色、粗糙度和测站距离对三维激光扫描仪的激光回波强度和测距精度有影响;颜色对激光回波强度的影响较大,白色的激光回波强度最强,黑色最低,测距精度与激光回波强度有较强的相关性;植物表面粗糙度对激光回波强度的影响较低,没有明显的相关性;植物和非植物的颜色对激光回波强度的影响基本类似。
遥感 三维激光扫描仪 点云数据 激光回波强度 测距精度 粗糙度 激光与光电子学进展
2020, 57(24): 242802
山东科技大学 测绘科学与工程学院, 山东 青岛 266590
提出了一种利用混合规则几何面进行车载移动测量系统(MMS)激光扫描仪外参数检校的方法。该方法利用现实环境中普遍存在的平面和圆柱面地物, 结合平面和柱面可公式化的几何特征对激光点进行严密的数学方程式约束, 通过非线性优化的方法精确求解激光扫描仪相对于MMS定位测姿POS系统的相对位置和姿态参数。实验结果表明: 相对于只采用平面地物约束进行检校的方法, 采用混合规则几何面联合约束检校的方法结果精度更高, 距离残差中误差达到了0.006 m; 同一车载平台、两套不同激光扫描仪系统检校后, 点云叠合效果较好。该检校方法具有精度高、简便、快速、实用等优点, 具有较强的工程应用价值。
车载移动测量系统 激光扫描仪 规则几何面 外参数检校 联合约束 MMS laser scanner regular geometric surface external parameters calibration joint constraint 红外与激光工程
2020, 49(2): 0205009
1 北京林业大学理学院, 北京 100083
2 西安电子科技大学物理与光电工程学院, 陕西 西安 710126
基于地面三维激光扫描仪获取树木的点云数据,提出了一种通过细化点云数据体素生成树木骨架的方法。基于树木点云数据构建体素空间,计算点云体素坐标;根据各体素中包含点云数据的统计信息进行体素噪点滤除;利用细化模板对滤除噪声的体素进行细化处理,基于细化后的体素拟合出骨架节点;根据树木在自然空间上的连通性和深度优先搜索算法连接骨架节点,生成树木骨架。利用一棵银杏树和一棵重瓣榆叶梅树对算法进行验证。采用地面三维激光扫描仪分别对这两棵树进行扫描,基于不同扫描精度的树木点云,分析了不同参数对树木骨架生成的影响。在生成银杏树骨架时,本文方法运行时间约缩短至GSA方法的1/30。而处理数据量更大的重瓣榆叶梅树点云数据时,树木骨架生成时间更是缩短至GSA方法的1/67。实验结果表明,所提算法生成的两棵树木骨架形态与树木原始点云所表现的形态结构相对一致,并且具有较好的运算效率,该算法具有一定的可行性和有效性。
遥感 树木骨架 点云 体素 细化 地面三维激光扫描仪 激光与光电子学进展
2019, 56(19): 192802
苏州科技大学土木工程学院， 江苏 苏州 215011
基于脉冲测距原理，利用三维激光扫描仪获取不同工况下模型的点云数据，分别从定性和定量两方面对点云数据进行处理，获得了拱桥关键构件的变形信息。提出一种基于标靶点云的桥梁变形检测方法，即采用以面取点的思路，通过圆形标靶轮廓点云来拟合标靶圆心坐标，以获得构件精确的变形值。此外，利用有限元软件建立模型，将计算结果与位移计测量值、有限元模型分析的结果进行对比。结果表明：该方法结合点云获取的桥梁变形数据具有更高的精度，同时避免了单点测量难以获取结构全面变形的缺点。
测量 三维激光扫描仪 脉冲测距 标靶轮廓点云 有限元模型分析 桥梁变形 激光与光电子学进展
2018, 55(7): 071201
1 信息工程大学 导航与空天目标工程学院, 郑州 450001
2 地理信息工程国家重点实验室, 西安 710054
提出了一种以优化点云数据中平面的平面度和平面面积为目标的内参数标定方法, 针对不同情况选用区域生长算法或改进随机采样一致性(RANSAC)算法进行平面提取, 并通过提出的单纯形和人工蜂群混合优化算法(NMS-ABC)进行参数解算, 实现了DIY系统的内参数标定.利用内参数已知的仿真数据实验验证了NMS-ABC混合算法用于内参数快速求解的有效性, 利用不同场景获取的多组实测点云数据进行了标定实验, 结果表明: 标定后的平面内点百分比和整体平面度均有所提高, 并且当平面数不少于3时标定结果更稳定可靠; 进行了点位精度测试, 经内参数标定后DIY扫描仪的点位测量精度得到提高且在不同水平角度分辨率条件下优于3 mm@4 m; 人为增大安置误差, 通过对比标定前后的点云及平面提取结果, 进一步直观验证了本文所提标定方法的正确性和有效性.
三维激光扫描仪 内参数标定 平面提取 Nelder-Mead单纯形 人工蜂群 3D laser scanner Intrinsic calibration Plane extraction Nelder-Mead simplex Artificial bees colony
现有的手持式激光扫描仪在使用过程中多使用定位标志点，会遮盖部分数据。针对此问题，基于单应矩阵和霍夫直线提取提出了一种新的线结构光点云数据拼接方法,可以避免在扫描过程中粘贴标志点。实验结果证明，该方法能准确得到目标三维点云数据，拼接误差小于1 mm。
激光扫描仪 线结构光 扫描 数据拼接 点云 laser scanner linear-structured light scanning data splicing point cloud
