无人机载线激光扫描三维成像系统研究

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1、硕士学位论文无人机载线激光扫描三维成像系统研究RESEARCHONUAV-CARRIEDLINELASERSCANNINGAND3DDISPLAYSYSTEM孙一郎哈尔滨工业大学2017年6月国内图书分类号：TP79学校代码：10213国际图书分类号：528.8密级：公开工学硕士学位论文无人机载线激光扫描三维成像系统研究硕士研究生：孙一郎导师：田兆硕申请学位：工学硕士学科：仪器科学与技术所在单位：信息与电气工程学院答辩日期：2017年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TP79

2、U.D.C:528.8DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONUAV-CARRIEDLINELASERSCANNINGAND3DDISPLAYSYSTEMCandidate：SunYilangSupervisor：TianZhaoshuoAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：InstrumentScienceandTechnologyAffiliation：School

3、ofInformationandElectricalEngineeringDateofDefence：June,2017Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要近年来，随着计算机技术的日渐成熟，数字地球、数字城市、虚拟现实等新兴概念被相继提出。空间地理信息的获取作为其实现的基础，在社会和经济发展中正在扮演越来越重要的角色。机载三维激光扫描技术是一种新兴的空间地理信息获取手段，能够将真实世界的三维立体

4、信息转换为计算机所能识别的数字信号，具有高精度、非接触、速度快等优点，对社会的数字化发展具有重要意义。目前，已有可以实现高质量点云数据获取的机载激光扫描系统，然而其功能大多限制于点云数据采集，缺乏配套的处理与显示模块，只能依靠额外的商业软件实现这些功能。不仅如此，此类机载系统本身通常体型笨重、价格昂贵，不具备系统普及的条件，难以实现空间信息获取的进一步推广。针对以上问题，本文开展了机载三维激光扫描技术的研究工作，并在此基础上设计了无人机载线激光扫描三维成像系统。系统主要包括数据采集、数据预处理和三维可视化

5、界面设计三个部分，简单、低成本地实现了三维空间数据的采集和显示的一体化功能。主要研究内容如下：首先，实现点云数据的采集。设计了基于斜射式线激光三角法的数据采集系统，包括硬件实现和软件设计两部分。系统首先采用无人机以无线图传的方式将采集到的图像数据传输至地面，接着用基于LabVIEW的程序以图像极值法处理并存储点云数据，从而实现便捷、低成本的空间立体信息采集工作。其次，实现点云数据的三维显示。采用了点云数据的预处理方法并基于点云库PCL设计了三维可视化界面，前者的实现主要包括基于LabVIEW的阈值滤波、数

6、据拼接，以及结合LabVIEW及C语言实现的格式转换。三维可视化界面设计则主要包括开发平台的选择、开发环境的搭建、界面功能实现三个部分，其具体功能包括点云数据的I/O、显示、滤波和重建。数据预处理与界面设计的结合实现了点云数据的三维显示。最后，通过实验验证系统的正确性和实用性。以学校停车场停放的小汽车为目标进行外场飞行扫描实验，将系统采集到的汽车点云数据经过预处理，最终导入设计的可视化界面实现三维显示。实验结果表明，设计的无人机载线激光扫描三维成像系统能够快速有效地获取大面积地物的三维点云模型，同时能在可

7、视化界面中清晰直观地显示扫描目标。整个系统与现有扫描系统相比，具有体积小、功耗低、结构简单、成本低廉、扫描速度快等优点。关键词：空间地理信息；机载激光扫描成像；激光三角测量；数据采集；点云数据；三维可视化-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractInrecentyears,withthegradualmatureofcomputerscience,conceptslikedigitalearth,digitalcity,andvirtualreality,areproposedinsuccess

8、ion.Asafoundationoftheseconcepts,geo-spatialinformationacquisitionisplayingamoreandmoreimportantroleinsocialandeconomicaldevelopment.Airbornethreedimensionallaserscanningtechnologyisanewlyborngeo-spatialinformationc