激光扫描中平面标靶的自动识别

激光扫描中平面标靶的自动识别

0总结3d激光扫描技术是一种新型的自动非接触激光测量技术。1点云的定义和定义激光器发射的激光经过仪器内部一段固定光程后到达反射镜;反射镜将激光反射到目标表面;激光在目标表面发生反射,一部分激光沿原路返回,经光探测器检测并进行信号分析处理得到距离S;记录反射光强度I;记录水平角α和垂直角θ;经相机得到纹理信息。由球坐标计算公式可得到目标点在测站局部坐标系下的三维坐标。由于激光强度值分布范围很广,使用不便,因此,各仪器厂商采用一定的原则定义一个和反射光强度一致的量,这个量就是回光强度A。不同的厂商定义回光强度的方法不同,以Riegl公司为例:首先设定一个与光探测设备有关的量,如光检测设备的最低探测门限值,则回光强度定义为式中:P扫描数据的特点是:点数很多,分布与云团相似,因此,又被形象地称为点云;点云通过文件存储,文件中点的排列顺序与扫描的顺序一致,即点云是按扫描线排列的;回光强度与表面反射率有关,代表了目标的材质等信息,可用于目标分类、识别等。2识别标记2.1回光强度的提取在不同的距离上,同一目标的回光强度是不同的,即回光强度中包含距离的影响。因此,由三维激光扫描仪光探测元件得到的回光强度还不能直接用于标志数据的提取,需要改正回光强度以排除距离的影响。改正方法为:使用平面标靶,在不同距离上对它扫描,得到它在不同距离时反射强度的值,拟合得到标靶的回光强度随距离变化的曲线。在测量时,由曲线获得标靶在此距离上的读数,并将测量值与该值相减,得到相对回光强度:对点云进行基于回光强度的阈值分割:回光强度在0附近的点可能为标志点,保留;与0相差较大的点不是标志点,予以剔出。对点云数据进行基于改正后的回光强度的阈值分割得到待定标志点集,记为P2.2扫描线解决方案待定点集P(1)将第一条扫描线分割成曲线段,得到曲线段集L(2)将第二条扫描线分割成曲线段,得到曲线段集L(3)对每一个已有的对象,判断曲线段集L(4)将下一条扫描线分割成曲线段,循环操作,直到所有扫描线操作完成。2.3志的面积和边缘点检测聚类分析将待定点集P得到的目标点云是离散地分布于目标表面的采样点,由于采样间隔和测量误差的存在,一般无法计算出标志的精确面积。由于标志一般为圆形,要实现检测的目的,一种方法是提取边缘点,拟合圆得到面积;一种方法是用多边形面积近似代替标志的面积,如图2所示。其步骤为:(1)获取每条扫描线的顶点(一点或者两点);(2)由点1、2、3组成一个三角形,使用海伦公式得到三角形的面积S(3)由点2、3、4组成一个三角形,使用海伦公式得到三角形的面积S(4)如此循环,直到最后一点,所有三角形面积之和即为标志的近似面积。2.4中心计算方法得到人工标志点云后,需要求得各个标志的中心。标志的中心计算方法很多,最简单的方法为平均值法,即将标志点云的平均坐标作为标志中心,该方法仅在点云很密且分布对称、均匀的情况下效果较好。采用回光强度加权法式中:V3回光强度加权法仿真结果使用Reigl的三维激光扫描仪LMS-Z620及其平面标靶。在一面墙上粘贴7个标靶以及两个高反光的目标,并设置两个测站扫描墙体。得到的点云如图3(a)所示,编程对回光强度进行改正,阈值分割结果如图3(b)所示;采用基于扫描线的聚类算法,将各个标靶的数据分开,用不同颜色区分,得到图3(c)的结果;采用形状检测技术剔除非标靶对象,结果如图3(d)所示。采用回光强度加权法计算得到标志中心,如表1所示。其中,数据区第一行为仪器配套软件的计算结果,第二行为文中方法计算的结果,第三行为偏差。最大偏差为2mm,可以看出,文中的标志识别方法就有较高的精度,能够满足中长距三维激光扫描仪测量任务的需要。4回光强度的测量研究了三维激光扫描仪测量中平面标靶的识别问题,提出利用扫描仪测量中所获取的回光强度来进行标志识别的方法。通过实验证明:该方法具有较高的精度和速度,能够满足测量任务的需要,可以