三維激光掃描儀的原理及其應(yīng)用

1、三維激光掃描儀2.1三維激光掃描儀研究背景自上個世紀(jì)60年代激光技術(shù)已經(jīng)開始出現(xiàn)，激光技術(shù)以其單一性和高聚積度在20世紀(jì)獲得巨大發(fā)展。實現(xiàn)了從一維到二維直至今天廣泛應(yīng)用的三維測量的發(fā)展，實現(xiàn)了無合作目標(biāo)的快速高精度測量。而且數(shù)字地球，數(shù)字城市等一系列概念的提出，我們可以看到：信息表達從二維到三維方向的轉(zhuǎn)化，從靜態(tài)到動態(tài)的過渡將是推動我國信息化建設(shè)和社會經(jīng)資源環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的重要武器。目前，各種各樣的三維數(shù)據(jù)獲取工具和手段不斷地涌現(xiàn)，推動著三維空間數(shù)據(jù)獲取向著實時化、集成化、數(shù)字化、動態(tài)化和智能化的方向不斷地發(fā)展，三維建模和曲面重構(gòu)的應(yīng)用也越來越廣泛1。傳統(tǒng)的測繪技術(shù)主要是單點精確測量，難以滿足

2、建模中所需要的精度、數(shù)量以及速度的要求。而三維激光掃描技術(shù)采用的是現(xiàn)代高精度傳感技術(shù)，它可以采用無接觸方式，能夠深入到復(fù)雜的現(xiàn)場環(huán)境及空間中進行掃描操作?？梢灾苯荧@取各種實體或?qū)嵕暗娜S數(shù)據(jù)，得到被測物體表面的采樣點集合“點云”，具有快速、簡便、準(zhǔn)確的特點?；邳c云模型的數(shù)據(jù)和距離影像數(shù)據(jù)可以快速重構(gòu)出目標(biāo)的三維模型，并能獲得三維空間的線、面、體等各種實驗數(shù)據(jù)，如測繪、計量、分析、仿真、模擬、展示、監(jiān)測、虛擬現(xiàn)實等。其中，地面三維激光掃描技術(shù)的研究，已經(jīng)成為測繪領(lǐng)域中的一個新的研究熱點。它采用非接觸式高速激光測量的方式，能夠獲取復(fù)雜物體的幾何圖形數(shù)據(jù)和影像數(shù)據(jù)，最終由后處理數(shù)據(jù)的軟件對采集的點

3、云數(shù)據(jù)和影像數(shù)據(jù)進行處理，并轉(zhuǎn)換成絕對坐標(biāo)系中的空間位置坐標(biāo)或模型，能以多種不同的格式輸出，滿足空間信息數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)源和不同項目的需要。目前這項技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用到文物的保護、建筑物的變形監(jiān)測、三維數(shù)字地球和城市的場景重建、堆積物的測定等多個方面。2.2 三維激光掃描技術(shù)研究現(xiàn)狀2.2.1 主要的三維激光掃描儀介紹隨著三維激光掃描技術(shù)研究領(lǐng)域的不斷擴大，生產(chǎn)掃描儀的商家也越來越多。主要的有瑞士leica公司，美國的faro公司和3d digital公司、奧地利的rigel公司、加拿大的optech公司、法國mensi公司、中國的北京榮創(chuàng)興業(yè)科技發(fā)展公司等。這些掃描儀在掃描距離、掃描精度、點間距和

4、數(shù)量、光斑點的大小等指標(biāo)有所不同2。主要的分類見圖1-1和表1-1。 圖1-1 目前市場上幾種三維激光掃描系統(tǒng)產(chǎn)品圖結(jié)合實際工程的需要，根據(jù)項目的需求進行綜合考慮，選擇最合適的掃描儀。leica hds2500，比較適用于視場角度小的掃描物體,最佳測量距離為50m-60m時，其點位精度可達到6mm, 觀測范圍是40°×40°。而leica hds3000擇比較適用于建筑土木工程、施工監(jiān)測、文物保護等項。因為，在50m處測距精度為4mm，觀測范圍為360°×270°，掃描范圍為300m(90%反射率)和134m(18%反射率)；還有l(wèi)e

5、ica hds4500可以測量到10萬-50萬個點，觀測范圍為360°×310°，最佳掃描范圍為1m-25m,這樣比較適合在短時間內(nèi)獲取大量高清晰測量數(shù)據(jù)的工程項目，如一些難以進入內(nèi)部而且比較復(fù)雜的工作現(xiàn)場、隧道、工業(yè)儀器設(shè)備制造和文物修復(fù)還原工程應(yīng)用等。leica hds6000每秒可以測量到50萬個點，觀測范圍為360°×310°，掃描范圍為79m(90%反射率)和50m(18%反射率)，運用當(dāng)前的技術(shù)革新手段，采用合理的方法減少了測量過程中需要的控制點的點數(shù)，提高了野外作業(yè)的效率。rigel公司根據(jù)不同的應(yīng)用領(lǐng)域和技術(shù)研究的需求

6、，生產(chǎn)的三維激光掃描儀有機載激光掃描儀lms-q560、地面三維激光掃描儀lms-z420i、工業(yè)激光掃描儀lms-q120等；optech公司的ilris-3d,是一臺具有完整、完全便攜式的激光影像與數(shù)字化的測圖系統(tǒng)的儀器，掃描范圍在3m-1500m之間，可用于工程項目、商業(yè)策劃、采礦和工業(yè)市場；mensi公司的產(chǎn)品主要是短距離高精度的3d測量應(yīng)用，能夠達到0.25mm的精度，為工業(yè)工程項目的設(shè)計，設(shè)備加工和質(zhì)量監(jiān)測等領(lǐng)域提供了全新的測量手段；konicaminolta公司的vivid9i是專為逆向工程而設(shè)計的，掃描范圍僅10米以內(nèi)，屬于超短程三維激光掃描系統(tǒng)。表1-1三維激光掃描系統(tǒng)分類劃

7、分指標(biāo)儀 器 類 型承載平臺機載三維激光掃描系統(tǒng)車載三維激光掃描系統(tǒng)固定站式三維激光掃描系統(tǒng)手持三維激光掃描儀掃描距離遠程，最遠距離300米optech ilris-3d中程，最遠距離100mleica hds3000短程，最遠距離10m-25mleica hds4500超短程，最遠距離10m以內(nèi)，faro激光掃描測量臂掃描現(xiàn)場矩形掃描系統(tǒng)環(huán)形掃描系統(tǒng)穹形掃描系統(tǒng)掃描方式線掃描系統(tǒng)面掃描系統(tǒng)測距原理脈沖飛行時間差測距相位差測距三角測量原理2.2.2 激光雷達技術(shù)的一般流程激光雷達技術(shù)包含從外業(yè)的數(shù)據(jù)采集到配準(zhǔn)，數(shù)據(jù)的預(yù)處理到最后成果的輸出和應(yīng)用等系列過程。（1）外業(yè)數(shù)據(jù)的獲取掃描前需要準(zhǔn)備的工

8、作主要包含兩部分：一是控制網(wǎng)布設(shè)，二是掃描站點布設(shè)。而控制網(wǎng)的布設(shè)主要考慮到控制點之間的通視性和控制網(wǎng)的幾何圖形，同時要結(jié)合實地不同的情況需要進行合理的選點。在布設(shè)好的控制網(wǎng)基礎(chǔ)上，可以設(shè)立站點，站點的設(shè)計既要保證能夠完全采集所需要的對象的數(shù)據(jù)，還要能和控制網(wǎng)聯(lián)立起來，以便整體距離影像配準(zhǔn)及坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。外業(yè)數(shù)據(jù)掃描就是通過實際的掃描站點布設(shè)，根據(jù)特征合理的掃描點間距和范圍，采集多個視角、多個位置的數(shù)據(jù)構(gòu)成完整的目標(biāo)對象。（2）距離影像的配準(zhǔn)原始數(shù)據(jù)采集包含不同視點和位置的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)需要統(tǒng)一到一個整體的位置，必須要在相鄰站點中尋找控制點或類似的公共部分，通過這些特征條件來利用這些約束關(guān)系將距離

9、影像配準(zhǔn)，最終將所有距離影像統(tǒng)一到基準(zhǔn)坐標(biāo)系中。坐標(biāo)系統(tǒng)也要根據(jù)具體情況而定，一般需要轉(zhuǎn)換到測量坐標(biāo)系或者是建筑坐標(biāo)系，或者是空間對象的局部坐標(biāo)系。(3)數(shù)據(jù)的預(yù)處理數(shù)據(jù)預(yù)處理包含噪聲削減與去除兩部分。距離影像的原始數(shù)據(jù)噪聲包含兩部分，一部分是由于激光雷達本身在獲取對象表面數(shù)據(jù)過程中，包含有外界不相干目標(biāo)的遮擋而產(chǎn)生的距離影像數(shù)據(jù)本身存在的噪聲。另一種噪聲就是數(shù)據(jù)配準(zhǔn)過程中存在誤差產(chǎn)生，最常見的就是數(shù)據(jù)疊加產(chǎn)生的“厚度” 3，在利用數(shù)據(jù)之間，需要對這些噪聲做一定的處理工作，對于第一類數(shù)據(jù)噪聲通常可以采用手工選擇刪除的方法，對于后者一般采用重疊區(qū)域的重采樣或者其它削減的手段。(4)成果制作與輸出

10、激光雷達技術(shù)最直接的成果就是整體的距離影像模型和三維的重建模型，影像可制作的成果包含原始的模型、剖面、特征體和數(shù)據(jù)模型（包含三角網(wǎng)、nurbs、簡單幾何模型等）。也可以制作彩色的模型，輸出正射影像圖和立體模型等。2.3 三維激光掃描技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀2.3.1 在文化遺產(chǎn)保護領(lǐng)域應(yīng)用中的研究現(xiàn)狀 在信息技術(shù)時代高度發(fā)展的今天，文化遺產(chǎn)的數(shù)字化發(fā)展程度已經(jīng)成為評價一個國家信息基礎(chǔ)設(shè)施的重要標(biāo)志之一。用現(xiàn)代信息技術(shù)可使文化遺產(chǎn)數(shù)字化，具有重要的社會價值和經(jīng)濟意義。文化遺產(chǎn)數(shù)字化可以保存一份真實的、完整的數(shù)據(jù)記錄，一旦出現(xiàn)意外破壞，可以根據(jù)這些真實的數(shù)據(jù)重新進行修復(fù)和完善；文化遺產(chǎn)數(shù)字化將為旅游業(yè)發(fā)展帶

11、來新的機遇，基于數(shù)字技術(shù)的旅游網(wǎng)絡(luò)業(yè)，可以建立虛擬旅游景點，全面開發(fā)旅游文化資源，徹底改變旅游服務(wù)模式，成為網(wǎng)絡(luò)經(jīng)濟中“異軍突起”的一支力量，這樣的“旅游活動”也與當(dāng)代“素質(zhì)教育”的基本主題產(chǎn)生了重大聯(lián)系，它提高現(xiàn)代人的文化素質(zhì)與涵養(yǎng)，還有助于人們形成現(xiàn)代文化的思想，從而對現(xiàn)代人的精神世界產(chǎn)生影響；文化遺產(chǎn)數(shù)字化將激發(fā)現(xiàn)代教育不斷向前發(fā)展，在數(shù)字技術(shù)教育產(chǎn)品市場需求大量增加的情況下，大量可接觸和不可接觸的文化遺產(chǎn)正在轉(zhuǎn)化為最有價值的產(chǎn)業(yè)資源，利用數(shù)字化信息技術(shù)在虛擬現(xiàn)實空間中再現(xiàn)真實的歷史地理信息，能夠與博物館、圖書館、檔案館的文字資料、文物圖像實現(xiàn)“ 鏈接 ”，甚至可輔以不同領(lǐng)域?qū)＜覍W(xué)者的咨

12、詢與解說，使得傳統(tǒng)的課堂教育與廣義的文化信息資源實現(xiàn)系統(tǒng)鏈接，從而將傳統(tǒng)的應(yīng)試教育與素質(zhì)教育走向一個新的領(lǐng)域。 利用三維激光掃描技術(shù)，對文物實體和實景進行拍攝建模，對僅留殘跡的古建筑、古遺址實施計算機三維圖形模擬還原、再現(xiàn)本來的風(fēng)貌；或利用計算機三維圖形技術(shù)可以進行三維物體設(shè)計應(yīng)用于文物的復(fù)仿制工藝中；或用于文物三維模型重建、保存數(shù)據(jù)、輔助修復(fù)等，從而將文物的展示、保護提高到一個嶄新的階段，推動文博行業(yè)更快地進入信息時代，實現(xiàn)文物展示和保護的現(xiàn)代化。 2.3.2 在空間信息技術(shù)領(lǐng)域應(yīng)用研究現(xiàn)狀 地球空間信息技術(shù)是當(dāng)今世界各國研究的熱點之一,信息的獲取、處理及應(yīng)用是其研究的三大主題?？臻g信息的快

13、速獲取與自動處理技術(shù)也是“數(shù)字地球”、“數(shù)字城市”急需解決的關(guān)鍵技術(shù)。 傳統(tǒng)的測距測角工程測量方法，在理論、設(shè)備和應(yīng)用等諸多方面都已相當(dāng)?shù)某墒?，新型的全站儀可以完成工業(yè)目標(biāo)的高精度測量，gps可以全天侯精確定位全球任何位置的三維坐標(biāo)，但它們多用于稀疏目標(biāo)點的高精度測量，對于目標(biāo)點密集的物體及水下目標(biāo)、目標(biāo)點眾多且處于運動狀態(tài)的物體等，它們則顯得無能為力了。 三維激光掃描測量技術(shù)的發(fā)展為人們獲取豐富的空間信息提供了一種全新的技術(shù)手段。激光掃描技術(shù)與慣性導(dǎo)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（dtm）的高精度實時獲取、城市三維模型重建、局部

14、區(qū)域的地理信息獲取等方面表現(xiàn)出強勁的優(yōu)勢, 成為攝影測量與遙感技術(shù)的一個重要補充。 當(dāng)前,國內(nèi)外很多科研院校正在加快三維激光影像掃描技術(shù)的基礎(chǔ)理論和技術(shù)應(yīng)用方面的研究。為促進激光掃描技術(shù)的發(fā)展和加強在這方面的交流，isprs wg iii/3將研究的主體定為從激光掃描儀和其它傳感器獲取的點云數(shù)據(jù)處理，isprs wg v/3將研究的主體定為地面激光掃描儀。它們會定期舉行會議，加大系統(tǒng)開發(fā)者、數(shù)據(jù)供應(yīng)商和用戶之間的交流，展示最近的研究成果，討論以后的發(fā)展趨勢和潛在的應(yīng)用等。三維激光掃描技術(shù)在空間信息領(lǐng)域正如火如荼的進行著，并隨著計算機圖形學(xué)、光學(xué)、電學(xué)等相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，以及從點云數(shù)據(jù)重建三維模型

15、數(shù)據(jù)處理方法的日益完善，更好的服務(wù)于人類，滿足人們的要求，提高人民的生活水平。 2.3.3 在其他領(lǐng)域應(yīng)用研究現(xiàn)狀 隨著三維激光掃描技術(shù)、三維建模的研究以及計算機硬件環(huán)境的不斷發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域日益廣泛，逐步從科學(xué)研究發(fā)展到進入了人們?nèi)粘Ｉ畹念I(lǐng)域。 在制造業(yè)中，基于三維激光掃描儀數(shù)據(jù)的快速原型法為產(chǎn)品模型設(shè)計開發(fā)提供了另一種思路，縮短了設(shè)計和制造周期、降低開發(fā)費用，極大地滿足了工業(yè)生產(chǎn)的需求，它與虛擬制造技術(shù)（virtual manufacturing）一起，被稱為未來制造業(yè)的兩大支柱技術(shù)，目前已成為各國制造科學(xué)研究的前沿學(xué)科和研究焦點。在牙齒矯正和顱骨修復(fù)等醫(yī)療領(lǐng)域利用三維激光掃描技術(shù)進行三

16、維數(shù)據(jù)重構(gòu)和造型4。基于三維激光掃描儀重建的三維模型，可直接應(yīng)用到國防單位、法律執(zhí)行機關(guān)及政府機構(gòu)等安全辨認上。在電腦游戲業(yè)方面，制作者盡量追求游戲的真實和畫面的華麗，于是三維游戲應(yīng)運而生，從人物到場景，利用三維激光掃描儀獲取數(shù)據(jù)構(gòu)建三維場景，不但具有很好的視覺效果和沖擊力，而且人物設(shè)計及豪華的3d場景刻畫極為精致細膩，對比以前比較呆板的2d游戲，其在真實性和吸引力上的優(yōu)勢是顯而易見的。在電影特技制作方面，也有著廣泛的應(yīng)用。演員、道具等由掃描實物建立計算機三維模型后，許多危險的鏡頭只需要在計算機前操作鼠標(biāo)就可以完成，而且制作速度快、效果好。最近幾年，三維建模技術(shù)運用于電影制作取得了令人驚異的進

17、展。三維激光掃描技術(shù)的介入促進了應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展，同時應(yīng)用領(lǐng)域的大量需求成為研究的動力。第2章 點云數(shù)據(jù)配準(zhǔn)算法的概述2.1 配準(zhǔn)的意義和概念距離影像又稱點云，由無數(shù)具有灰度或彩色信息的空間點陣構(gòu)成。在影像合并拼接或配準(zhǔn)過程中，這種陣列形式可能被打亂，這時候距離影像中的點陣就變成散亂的點。由于被掃描物體或場景的復(fù)雜性和三維激光掃描儀的本身視場角掃描距離的限制，每次掃描只能獲取物體或場景某一個部分的點云數(shù)據(jù)。為了獲得完整的點云數(shù)據(jù)，就必須從不同角度和不同位置對物體或場景進行掃描。但是由于每次掃描得到的點云數(shù)據(jù)中，每個點的三維坐標(biāo)，都是相對于該掃描儀，是一個獨立的坐標(biāo)系。因此就需要通過配準(zhǔn)算法，將幾

18、站處于不同坐標(biāo)系下的點云數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)到統(tǒng)一的坐標(biāo)系下，以得到完整的點云數(shù)據(jù)模型，這個過程就是配準(zhǔn)。如下圖：激光雷達的影像數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)包含極坐標(biāo)系、球坐標(biāo)系、柱坐標(biāo)系等多種，根據(jù)掃描儀的不同得到的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)也有差別，但最后獲取的距離影像都可以轉(zhuǎn)換成空間直角坐標(biāo)的形式表示。單幅距離影像的初始狀態(tài)一般都是以掃描儀中心為原點的獨立坐標(biāo)系，起始水平方向與儀器擺放的位置方向和儀器自身檢測的定位方向有關(guān)，垂直方向則跟儀器擺放的水平程度有關(guān)。2.2 點云數(shù)據(jù)配準(zhǔn)的原理配準(zhǔn)是把多個不同站獲取的數(shù)據(jù)拼合在一起，生成一個單一的坐標(biāo)系統(tǒng)的過程。初始的坐標(biāo)系統(tǒng)是由指定的其中某一個獨立的基站位置和方向決定的。當(dāng)拼接完成后，多個sca

19、nworld就被合并到一個新的scanworld中。圖2-2-1 配準(zhǔn)原理示意圖22如圖2-2-1所示，視點1和視點2 分別對同一實體p進行掃描，每一站數(shù)據(jù)相應(yīng)的坐標(biāo)系為scanworld1和scanworld2，以這兩站數(shù)據(jù)為參考進行配準(zhǔn)。以scanworld1作為基準(zhǔn)，實際上就是求scanworld2到scanworld1的變換參數(shù)，反之亦然。即由三個角元素（、k）組成的旋轉(zhuǎn)矩陣r和3個平移量（）組成的平移向量t。變換條件滿足： （2-2-1）由上式，就可以將scanworld2轉(zhuǎn)換到scanworld1的坐標(biāo)系中。第3章 點云配準(zhǔn)方法的應(yīng)用研究3.1 配準(zhǔn)前的準(zhǔn)備過程距離影像文件：該文件

20、來自leica公司的各系列掃描儀，我們主要使用的是scanstaion2，它是全球掃描速度最快的脈沖式三維激光掃描儀，掃描速度50000點/s，是全球第一個帶有全站儀功能的三維激光掃描 ，其全方位視場角  360°×270°  ，能夠掃描建筑的天花板或頂棚、橋梁下底面、架空管道支撐架、高大物體的立面、柱狀或塔式建筑物。全站儀的視場角沒有限制， scanstaion2的雙軸補償為±5'，比全站儀更加靈活和自由，可以根據(jù)測量控制點完成高精度的導(dǎo)線測量。點云數(shù)據(jù)主要以.ptx文件格式存儲，該文

21、件前兩行分別表示點云的行數(shù)和列數(shù)，第四行表示為位移矩陣，第五行至第七行表示為3*3的旋轉(zhuǎn)矩陣，第八行至十一行表示為4*4的變換矩陣，從十二行開始至文件結(jié)尾，表示點的坐標(biāo)值和灰度值。其中無效點坐標(biāo)表示為（0 0 0 0.500000），整個文件可能被分成幾塊這樣的部分。使用windowsxp操作系統(tǒng)，在cad2006環(huán)境下安裝cyclone5.8軟件，在按要求安裝好cyclone 軟件。cyclone 軟件是采用點線面約束和點云約束的配準(zhǔn)方法，結(jié)合點云配準(zhǔn)與多站距離影像整體配準(zhǔn)的原理實現(xiàn)的9。因此，為驗證其各種方法的精度，可以采用cyclone5.8軟件得出實驗結(jié)論。雙擊運行一下sos_cycl

22、one.exe即可。1.運行cyclone 軟件。2.右鍵單擊servers打開servers的add菜單，輸入本地計算機名（richard），點擊add后創(chuàng)建完服務(wù)器，如下圖：；同樣步驟右擊數(shù)據(jù)庫richard單擊database菜單的對話框里輸入database name(taihedian)和數(shù)據(jù)庫存儲路徑；接著右擊taihedian導(dǎo)入數(shù)據(jù)菜單import.找到需導(dǎo)入的文件后選擇single,merged cloud項點擊ok導(dǎo)入?？蛇B續(xù)導(dǎo)入幾個數(shù)據(jù)。3.2 控制點配準(zhǔn)法的操作過程右擊taihedian菜單，新建配準(zhǔn)窗口：create->registration后取名為“控制點配

23、準(zhǔn)”，雙擊該項目彈出配準(zhǔn)操作窗口：registration控制點配準(zhǔn)。點擊add scanworld圖標(biāo)或點擊scanworld菜單在級連菜單中選擇add scanworld項導(dǎo)入兩站數(shù)據(jù)，一定要包括一個基站數(shù)據(jù)，其他各站數(shù)據(jù)均以基站的坐標(biāo)系作為坐標(biāo)基準(zhǔn)，set home scanworld用來選定基站（點擊set home scanworld圖標(biāo)或點擊scanworld菜單在級連菜單中選擇set home scanworld項）。 接下來點擊auto-add constraint圖標(biāo)或點擊constraint菜單在級連菜單中選擇auto-add constraint項自動加入各個標(biāo)靶控制點數(shù)

24、據(jù)，接著點擊register圖標(biāo)按標(biāo)靶點坐標(biāo)配準(zhǔn)，此時可以按根據(jù)已經(jīng)配準(zhǔn)的誤差調(diào)整那些點需要與否。精度要求達到后鎖定配準(zhǔn)結(jié)果和創(chuàng)建一個已配準(zhǔn)的scanworld,點擊create scanworld/freeze registration圖標(biāo)即完成此功能。最后從已配準(zhǔn)好的scanworld中創(chuàng)建modelspasce即可。下圖即為兩站的配準(zhǔn)結(jié)果：按以上步驟加入其他各站數(shù)據(jù)配準(zhǔn)后的結(jié)果如下圖：3.3特征面配準(zhǔn)法的操作過程按控制點配準(zhǔn)法的操作步驟新建配準(zhǔn)窗口后打開cyclone-navigator主導(dǎo)航窗口，打開需要拼接兩站的modelspaces窗口，分別切取點云中較平整的平面點云，至少需要三對

25、平面作為約束條件進行點云拼接，三對平面要求基本呈正交關(guān)系。通過polygonal fence mode（多邊形欄選）或rectangle fence mode（矩形欄選）圖標(biāo)在modelspaces窗口點云中選中相應(yīng)的平面點云,單擊右鍵點擊級連菜單中的copy fenced to new modelspace項，將選中平面點云復(fù)制到新的modelspaces中以便操作。在new modelspace中修剪一下點云，祛除噪聲點，操作步驟如下圖：準(zhǔn)備好要擬合的點云后單擊右鍵，fit fenced->patch點擊后即將點云擬合為平面。接下來按下圖步驟將平面變?yōu)橐?guī)則矩形平面：單擊快捷鍵i（in

26、formation）彈出patch info擬合信息框，主要是要查看fit quality: error std deviation = 0.033 m項，如果其值大于0.030m則要重新修剪點云重新擬合直至小于0.030m。擬合好平面之后將其標(biāo)記定名，操作如圖： 關(guān)閉new modelspace時合并平面到原始點云中去并刪除現(xiàn)有平面，如圖：按此步驟重復(fù)擬合三對點云備用?；氐交虼蜷_“registration: 特征面配準(zhǔn)”窗口點擊接下來點擊auto-add constraint圖標(biāo)或點擊constraint菜單在級連菜單中選擇auto-add constraint項自動加入三對擬合平面數(shù)據(jù)并從

27、中delete掉控制點數(shù)據(jù)（右鍵單擊控制點數(shù)據(jù)點delete即可），接著點擊register圖標(biāo)按三對平面數(shù)據(jù)配準(zhǔn)，此時可以按根據(jù)已經(jīng)配準(zhǔn)的誤差調(diào)整那些點需要與否（如果擬合多于三個平面的話）。精度要求達到后鎖定配準(zhǔn)結(jié)果和創(chuàng)建一個已配準(zhǔn)的scanworld,點擊create scanworld/freeze registration圖標(biāo)即完成此功能。最后從已配準(zhǔn)好的scanworld中創(chuàng)建modelspaces即可。下圖即為兩站的配準(zhǔn)結(jié)果：3.4公共點云配準(zhǔn)法與混合配準(zhǔn)法的操作過程新建配準(zhǔn)窗口后打開配準(zhǔn)窗口，在基站上單擊右鍵選擇級連菜單cloud constraint->cloud con

28、straint wizard即可將兩站點云數(shù)據(jù)顯示在下面的兩個窗口中，分別在兩站點云數(shù)據(jù)選出四對以上的對應(yīng)點，其位置應(yīng)該大致相同。選完后點擊constraint框的add constraint按紐即導(dǎo)入一組對應(yīng)點，如下圖。（1）用公共點云配準(zhǔn)法拼接的最終結(jié)果如圖：（2）混合配準(zhǔn)法的操作步驟：特征面和控制點混合配準(zhǔn)法的配準(zhǔn)結(jié)果如下圖：3.5配準(zhǔn)方法的檢驗與應(yīng)用成果切割點云的本質(zhì)是劃分一片完整的點云為小的子集點云。這是劃分點云為若干獨立的子集點云的一種辦法。切割的目標(biāo)點云是用作擬合平面使用的，因為面的擬合是以法線作為約束條件的，所以選擇的點云只要是能較好的反映面狀物體就行。精確的切割點云最基本的原則是需要我們設(shè)置一個好的角度。可以從幾個不同的視角中選擇操作點云的選擇。以免以