关键词:
地面激光点云
影像匹配点云
点云滤波
跨源点云配准
点云数据
摘要:
随着现代科技的飞速进步,三维建模、自动驾驶及机器人技术等领域对点云数据的需求日益凸显。点云数据的数字化重建功能为复原古建筑提供了新途径,助力文化遗产的保护与传播。其允许观众跨越空间限制,领略建筑之美,同时研究者利用定期更新的古建筑点云数据进行实时检测,便于及时干预出现的异常,防止破坏扩大。古建筑以其精细纹理、繁复图案和复杂结构闻名,无人机摄影与激光扫描技术各具优势,但也存在局限。无人机航测摄影受限于视角盲区,难以全面捕捉建筑细节;激光扫描在处理建筑高处信息时,若激光传播受阻则效果不佳。两种技术结合,能够实现高精度、高分辨率的实景建模。
本文通过采用优化多源点云混合滤波方法以及改进跨源点云配准技术,实现准确高效的古建筑点云数据处理,并构建了古建筑点云一体化处理平台。支持导出模型,为古建筑数字化保护提供了一种简单的解决方案。具体研究内容如下:
(1)针对古建筑点云数据存储空间大且对处理器算力要求高的问题,深入剖析了激光点云与影像点云数据的特性。同时基于对不同滤波算法的探究,优化了多源点云混合滤波方法,精准选取并组合优化相应算法,实现了良好的滤波效果,降低了点云数据的存储空间需求,并选取安定门城楼作为案例,验证处理效果,无序点云数量降低84.07%,存储空间节约72.39%,有序点云数量减少7.88%,节约5.98%存储空间。
(2)针对传统ICP算法在点云配准过程中,易产生误匹配点对、陷入局部最优,限制其在特定点云配准场景中的应用问题。本研究改进了一种基于古建筑轮廓特征的点云配准方法。首先利用优化的PCA算法进行粗配准,通过捕捉古建筑的轮廓特征,获得更为准确的初始位姿。随后,采用点到面ICP算法进行精配准,以进一步提高配准精度。以安定门城楼为例,此方法均方根误差为0.0684,不仅有效减少了误匹配点对的发生,还提升了配准的全局最优性,为古建筑等复杂场景的点云配准提供了新的解决思路。
(3)为了支持数字化遗产保护的需求,将本文研究成果可视化,构建了古建筑点云数据处理一体化平台。该平台集成了多源点云数据显示、滤波和配准等功能,以周原遗址公亶雕像为例进行实验,两者配准均方根误差为0.0763,进一步验证平台的可靠性与准确性。