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徕卡C10入射角度对激光点云反射强度的影响

2020-03-24 09:43:43 《科技资讯》 2020年1期

李培显 杨涵睿 谢宏全 孙建宇 芦斌 汪秋玲

摘? 要:采用三维激光扫描仪获取数据过程中,影响激光点云数据质量的因素较多,其中入射角度是主要影响因素之一。选择江苏海洋大学校苍梧校区的海洋楼东侧墙面上3个粗糙度不同的局部区域为研究对象,利用徕卡C10扫描仪获取激光点云数据,采用Cyclone8.0App进行数据预处理,在ExcelApp中进行结果统计与分析。研究结果表明:随着入射角度的增大,激光点云反射强度逐渐降低。

关键词:激光点云数据? Cyclone? 粗糙度? 反射强度? 入射角度

中图分类号:P225 ? ?文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2020)01(a)-0041-02

近年来,地面三维激光扫描技术发展迅速,在很多领域有广泛的应用。三维激光扫描技术获取的激光点云数据,除了可以反映对象的三维信息外,还可以反映扫描对象的反射强度信息。国内学者进行了相关研究,有代表性成果是:贾东峰等[1]研究了入射角度对激光点云精度的影响,夏国芳等[2]研究了激光入射角度对点云反射强度的影响。三维激光扫描仪以不同入射角扫描情况下,获取的激光点云数据质量与反射强度的关系方面进行研究具有重要意义。

1? 激光点云数据获取

1.1 选取研究对象

该试验选择江苏海洋大学苍梧校区的海洋楼东面3个粗糙度不同的墙面作为研究对象。用小钢尺测得墙面面积分别为6715(85×79)cm2、2500(50×50)cm2、2492(44.5×56)cm2,离地高度分别为80cm、117.5cm和30.5cm。

1.2 激光点云数据采集

该研究数据获取采用测绘与海洋信息学院实验室拥有的徕卡C10扫描仪。结合墙面周围环境的特点以及数据采集要求,分别以入射角度为80°、70°、60°、50°、40°、30°、20°、10°、0°这9个测站进行扫描。采集数据的主要操作步骤如下。

(1)以入射角度为0°即垂直于仪器所在O点为起点,用卷尺量取一定距离r处的A点作为第一个测站,用记号笔做好标记,取半径r为6m,根据弧长计算公式(1)计算出弧长l的长度。

×π×6=1.047(m)? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? (1)

在O點处用卷尺量取同样r长度。在A点用小钢尺量取l长度和卷尺交会出第二个测站B点。以此方法类推得到其余7个测站点(见图1)。

(2)在每个测站点安置扫描仪(对中与整平),对扫描区域进行预扫描,以确定合理的扫描范围,合格后可进行正式扫描,扫描分辨率设置为1mm。重复测站扫描获得不同墙面粗糙度的不同角度扫描结果后,用U盘导出数据。

2? 激光点云数据处理

针对仪器获取的原始激光点云数据进行预处理是重要的环节[3-4],处理App是与徕卡C10扫描仪配套的Cyclone8.0。

2.1 数据预处理

在Cyclone8.0App中新建数据库并导入扫描数据文件,导入成功后检查点云数据质量。利用CycloneApp中提供的删除点云工具,只保留扫描后的研究有效区域。利用App提供的“Unify Clouds”命令,点云间隔数值设置为0.001m,得到均一化之后的点云数据图,粗糙墙面不同入射角度下(0°,40°,80°)均一化后的点云如图2所示。

入射角0°入射角40°入射角80°

2.2 数据导出

把均一化后的点云数据导出所需格式的文件。此次导出*.txt格式的文件以备在ExcelApp中做进一步地分析处理。

3? 数据结果统计与分析

3.1 数据结果统计

根据三次测量得出的点云数量进行统计,结果填写到表1。根据之前测得各面积,计算出每平方厘米中点云数量填写到表2。根据表1和表2在ExcelApp中做出相对应的关系图(见图3、图4)。

3.2 数据结果分析

(1)从表1分析出在同样粗糙度下,随扫描入射角度的增大,点云数量减少。粗糙墙面下以80°入射角度扫描,点云数量为124785个。以入射角度为0°扫描时,点云数量为685009个。两者比例大约为1/6。

(2)从表2可看出以同样的入射角度扫描同样大小的墙面,粗糙度越小,点云数量越多。当入射角度为0°时,每平方厘米中扫描光滑墙面、较粗糙墙面和粗糙墙面得到的点云数量分别为275个、274个和102个。当入射角度为80°时,其结果分别为50个、50个和19个。

(3)根据相关数据可以直观看出,随着粗糙度和入射角度的增大,点云数量随之减少。当入射角度为0°时3种粗糙度的点云数量差值近似相等,随着入射角度的增大,差值在逐渐减小。

4? 结语

通过扫描3种不同粗糙度区域,以9个不同入射角度获取数据,结果分析表明:点云数量与粗糙度密切有关,随着入射角度的增大,激光点云反射强度值在降低。同时3种粗糙度点云数量之间的差值逐渐减少。

参考文献

[1] 贾东峰,程效军,刘燕萍.入射角度对激光点云精度的影响分析[J].工程勘察,2018(5):43-49.

[2] 夏国芳,胡春梅,曹毕铮.激光入射角度对点云反射强度的影响研究[J].激光杂志,2016,37(4):11-13.

[3] 王民水.中距离三维激光扫描仪点云数据获取与处理方法研究[D].吉林大学,2017.

[4] 王井利,樊家荣.激光扫描表面特征的点云数据处理方法[J].论述,2019(4):1-2.

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