點云拼接是三維激光掃描儀點云后處理流程中非常重要的一個步驟。

　　掃(sao)描作(zuo)業(ye)過(guo)程中，受室內場(chang)景、視場(chang)角(jiao)度(du)、地物(wu)遮擋等因(yin)素限制，通(tong)常需進行多站掃(sao)描。作(zuo)業(ye)過(guo)程需要通(tong)過(guo)拼接(jie)使點云形成整(zheng)體，最后(hou)利用整(zheng)體點云復原整(zheng)個作(zuo)業(ye)場(chang)景進行后(hou)續成果(guo)生產。因(yin)此，點云拼接(jie)的精度(du)和(he)效率直接(jie)影響后(hou)處理成果(guo)質量與效率。

　　目前，三維激光掃描儀(yi)點(dian)云常用拼接(jie)(jie)方式(shi)包括：多點(dian)拼接(jie)(jie)、標(biao)靶拼接(jie)(jie)、后(hou)視(shi)拼接(jie)(jie)以及全自動(dong)拼接(jie)(jie)。多點(dian)拼接(jie)(jie)選點(dian)數量多，影(ying)響拼接(jie)(jie)效率；后(hou)兩者需架設標(biao)靶或控制點(dian)，增(zeng)加了外業(ye)負(fu)擔；全自動(dong)拼接(jie)(jie)對于(yu)外業(ye)采集要求較高，比(bi)如視(shi)覺追蹤(zong)技術需要在光線較好條件下進行、測站(zhan)之(zhi)間(jian)不能間(jian)隔太(tai)遠、重復(fu)區域要大(da)、室內無(wu)法進行指北和定位等。

　　針對傳統地面站拼接(jie)(jie)(jie)中存在這些問(wen)題(ti)，海(hai)達數云“三維激光點云拼接(jie)(jie)(jie)軟件HD TLS Scene”新推(tui)出了一種簡(jian)便快速高(gao)精度的拼接(jie)(jie)(jie)方式——單點拼接(jie)(jie)(jie)技術。

　　一、技術原理

　　單點(dian)拼(pin)接技術僅需選擇一組同名點(dian)對(dui)，即可完成(cheng)兩站點(dian)云拼(pin)接。

　　單(dan)點(dian)拼接(jie)(jie)算法(fa)處理流程主要由(you)局(ju)部粗(cu)拼接(jie)(jie)、局(ju)部精度(du)優化以及全局(ju)精度(du)優化三個全自動(dong)步驟構成(cheng)，依托于海達數云(yun)自研的多層級點(dian)云(yun)技術(shu)，能夠實現(xian)點(dian)云(yun)快速拼接(jie)(jie)。

單點(dian)拼接技術(shu)流程圖

　　二、技術特點

　　海云(yun)單點(dian)拼接(jie)(jie)技術(shu)，通過(guo)選擇一對同名點(dian)，使用局部(bu)粗拼接(jie)(jie)和兩步(bu)拼接(jie)(jie)優化相結合的(de)方式，可(ke)快(kuai)速完成多站點(dian)云(yun)的(de)拼接(jie)(jie)。拼接(jie)(jie)后的(de)點(dian)云(yun)整體重合精度(du)高，同時具有選點(dian)少、場景穩定性高、拼接(jie)(jie)速度(du)快(kuai)、選點(dian)容錯(cuo)性好等優點(dian)。

　　01、選(xuan)點少

　　僅需要一對同名點(dian)(dian)，即可實現兩站點(dian)(dian)云(yun)精拼接，減(jian)少了選(xuan)點(dian)(dian)的數(shu)量(liang)。當(dang)測(ce)站數(shu)量(liang)達到幾十(shi)甚至上百站時(shi)，效率提升(sheng)非常明顯。

　　02、穩(wen)定性(xing)高

　　經過多(duo)種場(chang)(chang)景(jing)工程應(ying)用，該技術不(bu)僅能(neng)夠適(shi)應(ying)室(shi)內、戶外建筑、街道、立面等(deng)常(chang)見的(de)場(chang)(chang)景(jing)，而且在許(xu)多(duo)復(fu)雜的(de)場(chang)(chang)景(jing)中，仍然(ran)能(neng)夠獲得(de)較高拼接質量(liang)的(de)結果，具(ju)有良(liang)好的(de)場(chang)(chang)景(jing)穩(wen)定(ding)性。

　　03、速(su)度快

　　該技術(shu)基(ji)于海云多層級點(dian)(dian)云數據(ju)特性，一方面，滿足了多測(ce)站點(dian)(dian)云拼接(jie)的精(jing)度要求；另一方面，解決了海量點(dian)(dian)云拼接(jie)所帶(dai)來(lai)的耗時長問題，對于高密度掃(sao)描測(ce)站依然能夠快速地獲(huo)得高精(jing)度的拼接(jie)結果。

　　經過(guo)七組場景點云(yun)測(ce)試(shi)。其(qi)中(zhong)，每組場景存在多(duo)個測(ce)站，對每組場景多(duo)個拼接(jie)對時間(jian)進行統計，結(jie)果(guo)如下表(biao)所示。

　　最(zui)長耗(hao)時(shi)為(wei)7.17s，平均最(zui)長耗(hao)時(shi)為(wei)1.6s，不超過2.0s。（拼(pin)接內存(cun)占用最(zui)高不超過800M）

　　04、選(xuan)點容錯性好(hao)

　　該技術選點容(rong)錯性好，當同(tong)名(ming)點選點誤(wu)差(cha)處于(yu)一定范(fan)圍內(nei)時，如下圖所示，配準站中綠色圈(quan)內(nei)點為(wei)正確同(tong)名(ming)點，選擇紅圈(quan)中具有一定誤(wu)差(cha)的點進(jin)行拼接(jie)，仍可獲得正確的拼接(jie)結果。

　　05、拼接(jie)精度高

　　單點拼接技術(shu)，經過多(duo)種場景工(gong)程應用驗證，兩站點云拼接精度(du)可達到1cm精度(du)水平(ping)。

　三、工程應用

　　01、戶外場景

　　該組為(wei)某(mou)電(dian)力項目點云，特點是場景范圍大，存(cun)在建筑、電(dian)力塔等許多標志(zhi)性地(di)物，特征點較多并(bing)且點云有效重(zhong)疊(die)度高。

　　電力(li)塔(ta)場景(jing)-拼(pin)接前（整體）

　　電力塔場景-拼接后（整體）

　　電力(li)塔場(chang)景(jing)-拼接后（局部-電力(li)塔）

　　電(dian)力(li)塔場景-拼接后（局部-電(dian)力(li)線(xian)）

　　02、地(di)下停車場(chang)場(chang)景

　　該組(zu)場景為地下停(ting)車(che)場點(dian)云(yun)，特點(dian)是場景較(jiao)小(xiao)，點(dian)云(yun)以面(mian)狀(zhuang)結構為主，特征點(dian)主要為墻壁(bi)角點(dian)、消防箱等物體，相似度(du)高。

　　地下停車(che)場-拼接前（整體）

　　地下停車場-拼接(jie)后（整體）

　地(di)下(xia)停車場-拼接后（局部俯視圖(tu)）

　　03、外(wai)立(li)面場景

　　該組為(wei)某外立面改造項(xiang)目點(dian)云，場(chang)(chang)景(jing)主要為(wei)大(da)片面狀結構，首先(xian)，平面點(dian)云缺少(shao)特征信息。其次，由于(yu)掃描角度、場(chang)(chang)景(jing)限制等原(yuan)因，建(jian)筑正面點(dian)云密度高，而側面點(dian)云稀少(shao)，無法(fa)提供側面約束，傳統拼接結果易產生水(shui)平偏移。

　　外立面(mian)-拼接(jie)前（整體）

外立(li)面-拼接后(hou)（整體）

　外(wai)立(li)面-拼接后（局部-陽臺）

　　綜上所述(shu)，海(hai)達數云(yun)這次推出的(de)激(ji)光點(dian)(dian)云(yun)單(dan)點(dian)(dian)拼(pin)接(jie)新技術，具有(you)簡便、快(kuai)速、精度高等(deng)特點(dian)(dian)，大幅提升點(dian)(dian)云(yun)拼(pin)接(jie)效率，可廣泛(fan)適用于各種室內外場景。