多源数据大型复杂场景点云模型生成技术研究

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1、多源数据大型复杂场景点云模型生成技术研究摘要提出了一种构建整体点云模型的研究路线，通过点云的半自动去噪改善单站点云质量，通过多站点云的整体配准减少配准误差累积，同时融合多基线摄影测量数据，弥补点云边界误差缺失及色彩映射问题，对点云模型做局部分块精确配准并完成点云去冗及融合工作，最终获取到多站点云数据与影像数据精确配准融合的单层点云数据模型，有效地改善获取点云的整体质量及细节表现力，更真实地还原表现目标并为后续的处理工作提供良好的数据基础。关键词多源数据ABSTRACTKEYWORD目录多源数据大型复杂场景点云模型生成技术研究1摘要1ABSTRACT1目录1图目录1表目录

2、1第1章绪论11.1研究背景与意义11.1研究背景31.2问题提出及研究意义41.2国内外研究现状51.2.2点云配准71.2.3点云精简融合81.2.4多基线摄影测量与激光扫描结合91.3本文内容与创新91.4论文组织与安排9第2章地面激光点云入库预处理102.1点云入库概述102.2点云噪点去除102.3点云分块管理102.4本章小结10第3章点云配准与分割103.1配准概述103.2特征配准103.3整体配准103.4数据分块存储113.5本章小结11第4章地面激光点云与摄影测量点云融合114.1多基线摄影测量概述114.2摄影测量点云获取114.3摄影测量点云与

3、激光点云配准114.4彩色点云生成114.5本章小结11第5章点云的精确配准与数据冗余去除115.1精确配准引言115.2数据分块115.3数据冗余分析去除115.4数据融合125.5本章小结12第6章数据预处理系统实现126.1软件及平台介绍126.2数据入库126.3点云预处理与配准126.4点云融合与色彩处理126.5本章小结12第7章总结与展望127.1本文总结127.2研究展望12参考文献12图目录表目录第1章绪论1.1研究背景与意义三维激光扫描技术在在信息时代高度发展的今天，文化遗产数字化的发展程度已经成为评价一个国家信息基础设施的重要标志之一。传统的测距测

4、角工程测量方法，在理论、设备和应用等诸多方面都已相当的成熟，新型的全站仪可以完成工业目标的高精度测量，GPS可以全天侯、一天24小时精确定位全球任何位置的三维坐标，但它们多用于稀疏目标点的高精度测量，对于目标点密集的物体及水下目标、目标点众多且处于运动状态的物体等，它们则显得无能为力了。用现代信息技术使文化遗产数字化，具有重要的社会意义和经济意义。三维激光扫描技术在古建筑数字化保护领域具有非常广泛的应用前景和研究价值。利用三维激光扫描技术，将珍贵古建的几何、颜色、纹理等信息记录下来，为这些历史遗迹保存一份完整、真实的数据记录，一旦遭到意外破坏，还可以根据这些真实的数据进

5、行修复和完善。当前世界发达国家无不以国家政策主导、以公共资金启动文化遗产数字化建设。1992年，联合国教科文组织开始推动“世界的记忆”项目，该项目的目的是在世界范围内，在不同水准上，用现代信息技术使文化遗产数字化，以便永久性地保存，以最大限度地使社会公众能够公平地享有文化遗产。比较典型的就是美国斯坦福大学（Bernardini1999；Levoy2000）利用三维激光扫描技术实施“数字化米开朗基罗”项目、美洲考古研究所以及匹兹堡大学艺术史学的专家重建的虚拟庞贝博物馆等。我国在文化遗产数字化方面也有显著的成就，敦煌壁画的数字化与数字莫高窟建设、虚拟文化遗产保护和数字三峡博

6、物馆、沉浸式虚拟环境在数字博物馆中的应用、成都永陵博物馆数字化建设规划等都在实践中；虚拟博物馆建设也在实验探索中。河南博物院西汉“四神云气图”壁画综合保护研究项目，北京建筑工程学院采用三维激光扫描技术，对壁画破坏现状进行了记录，局部记录分辨率达到0.5mm；并采用三维处理软件对所获数据进行了后期数据分析及壁画尺寸和局部破坏的高精度测量。利用三维激光扫描技术，对文物实体进行数字化，对仅留残迹的古建筑、古遗址实施计算机三维图形模拟还原、再现原来风貌；或利用计算机三维图形技术可以进行三维物体设计应用于文物的复仿制工艺中；或用于文物三维模型重建、保存数据、辅助修复等，从而将文物

7、的展示、保护提高到一个崭新的阶段，推动文博行业更快地进入信息时代，实现文物展示和保护的现代化。激光点云应用技术的发展经历了三个大的阶段，第一阶段为逆向工程阶段，主要用于工业逆向测量构件，典型的包含零件模型构件，工业检测等，目前这类技术仍广泛应用于工业制造业（例如船舶制造、飞机制造、汽车制造等，）、管道模型等，第二个阶段则为应用于古文化遗产研究和保护阶段，20世纪以来，激光扫描测量以其快速、无接触、全天候及高精度（相对传统测量手段）等特点介入古文化遗产研究保护中并逐渐为世界文化遗产同行接受，文化遗产数字化可以保存一份完整、真实的数据记录，一