鏡面輔助的地面三維雷射掃描研究

《鏡面輔助的地面三維雷射掃描研究》是依託武漢大學，由張帆擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：鏡面輔助的地面三維雷射掃描研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：張帆
• 依託單位：武漢大學

項目摘要

完整性是地面三維雷射掃描數據獲取的基本要求，在文化遺產數位化存檔這類以數據真實性為首要任務的套用中尤為重要。但實際工作中，往往因作業空間受限、遮擋嚴重等問題造成掃描的盲區和死角，從而導致數據獲取不全的問題。對此，本項目提出利用鏡面輔助雷射掃描的思想，研究鏡面對雷射光束及雷射掃描性能的影響機理、鏡面的嚴格檢校及高精度參數化表達方法、雷射點雲中鏡面的檢測與三維空間位置解算方法、多鏡面協同輔助策略、雷射點雲真實坐標及強度解算方法，以及方法驗證與精度評價等內容，為複雜場景中雷射掃描數據獲取的完整性提供完備的理論支撐和實用的技術方法。

結題摘要

完整性是地面三維雷射掃描數據獲取的基本要求，在文化遺產數位化存檔這類以數據真實性和完備性為首要任務的套用中尤為重要。然而，對於石窟寺、古建築等類型的不可移動文物來說，由於文物位置固定，存在許多作業空間受限、遮擋等情況，造成了獲取完整數據困難，從而導致數據獲取死角和空洞。本課題提出利用鏡面輔助雷射掃描的思路，將體積小巧、曲率各異的鏡面布設在數據獲取對象周邊進行輔助，雷射光線經鏡面反射後與被測對象通視，不僅可以大大減小數據獲取盲區和死角，還可以減少架站次數以降低數據冗餘，及最佳化入射角度以提高數據採集精度。課題研究主要內容和結果如下：（1）鏡面對雷射光束及雷射掃描解析度與精度的影響機理研究。研究了不同材質、不同鏡面形狀、不同曲率、不同定位標靶形態的鏡面系統的設計、組成，並通過實驗，建立了鏡面輔助雷射掃描光束、解析度與精度影響機理模型。（2）鏡面的嚴格檢校及高精度參數化表達。研究了直接法和間接法對平面鏡與曲面鏡組成的鏡面系統檢校與參數化表達方法，為反射區域雷射點雲真實位置解算提供支撐。（3）多鏡面協同策略。研究了多個鏡面系統協同輔助雷射掃描數據採集，提出了利用多平面鏡系統和多曲面鏡系統進行完備數據採集的策略。（4）雷射點雲中鏡面檢測與鏡面三維空間位置解算。提出了基於局部切面投影的球標靶自動提取方法和基於梯度極大偏移的圓標靶識別與提取方法；建立了鏡面系統空間位置高精度解算模型。（5）雷射點雲真實坐標及強度解算。提出了平面鏡鏡面系統輔助下雷射掃描經由玻璃折射、反射後的真實點坐標解算方法；研究了曲面鏡輔助雷射掃描強度檢校模型，並提出了基於表面法向對稱的曲面鏡輔助雷射點雲真實坐標解算方法。本課題屬於原始創新性研究，構築了鏡面輔助雷射掃描理論，開創了利用鏡面改變雷射測距方向的測量方法，填補了文化遺產數位化保護中狹小空間數位化採集的技術空白。本課題裝置和方法已經在敦煌莫高窟數位化保護工程中得到了套用。