一種智能測繪平臺及其實(shí)現(xiàn)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種智能測繪平臺及其實(shí)現(xiàn)方法，其實(shí)現(xiàn)了考古測繪過程中不接觸被測面及被測物體就能實(shí)時進(jìn)行多源數(shù)據(jù)的同步采集及傳輸存儲；借助被測面上方布設(shè)的運(yùn)行軌道實(shí)現(xiàn)了縱橫向自由移動，同時，倒置于平臺上的硬件設(shè)備借助了云臺的靈活旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)了多視角無死角的數(shù)據(jù)獲取模式；還實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集過程的自動化、無線化的工作模式；集成的LED照明系統(tǒng)對數(shù)據(jù)采集現(xiàn)場的光源進(jìn)行了補(bǔ)充，為平臺上的硬件設(shè)備提供了最佳的拍攝環(huán)境。其提高了考古測繪的多學(xué)科技術(shù)綜合運(yùn)用水平，有助于我國出土文物現(xiàn)場保護(hù)能力的提升。
【專利說明】一種智能測繪平臺及其實(shí)現(xiàn)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及考古【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種智能測繪平臺及其實(shí)現(xiàn)方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著信息時代各行各業(yè)對空間數(shù)據(jù)需求的日益增長，常規(guī)的數(shù)據(jù)獲取方式和數(shù)據(jù) 處理模式越來越不能滿足信息化的需要。越來越多的測繪儀器和傳感器應(yīng)用在空間數(shù)據(jù)獲 取上：例如全站儀、GPS、三維激光掃描設(shè)備、攝影測量設(shè)備等等。通過獲取的空間數(shù)據(jù)再繪 制二維圖紙或搭建三維模型，這一系列的工作可以由一種設(shè)備或多種設(shè)備來完成實(shí)現(xiàn)。數(shù) 據(jù)融合是針對使用多個或多類傳感器的系統(tǒng)這一特定問題而開展的信息處理過程。這個過 程中，多源信息被處理加工、協(xié)調(diào)優(yōu)化、綜合處理，提高了整個系統(tǒng)的有效性。然而，這些信 息往往是不精確的、不完整的、不可靠的。信息的不確定性及其引來的"信息沖突"問題，給 系統(tǒng)帶來了不確定信息處理過程。
[0003]將各種測繪數(shù)據(jù)進(jìn)行融合與綜合分析，便可彌補(bǔ)單一數(shù)據(jù)的不足，以達(dá)到多種數(shù) 據(jù)源的相互補(bǔ)充和相互印證。這樣，不僅擴(kuò)大了各數(shù)據(jù)的應(yīng)用范圍，而且大大提高了數(shù)據(jù)的 精度。數(shù)據(jù)融合的數(shù)據(jù)源可以是多種的，其融合并非幾種數(shù)據(jù)的簡單疊加，往往可以得到原 來幾種單個數(shù)據(jù)所不能提供的新數(shù)據(jù)。所以，數(shù)據(jù)融合十分有助于地學(xué)分析提取特定的數(shù) 據(jù)，有助于更可靠地闡述自然環(huán)境各要素的相互關(guān)系、賦存與演變規(guī)律，滿足地學(xué)分析及各 種專題研究的需要。
[0004] 現(xiàn)有的考古技術(shù)一般是采用站點(diǎn)式激光掃描技術(shù)，獲取表面點(diǎn)云數(shù)據(jù)及紋理影 像。通過梯子或其他手段在遺跡上方拍攝照片，簡單的用PS手段合成正面圖片。另外，利 用人工手持相機(jī)拍攝物體紋理，無攝影測量概念。
[0005] 其技術(shù)缺陷如下：
[0006] 1.集成度低，達(dá)到每項生產(chǎn)目的都需要獨(dú)立去完成。
[0007] 2.無法采集古跡遺址的真正射影像。
[0008] 3.影像數(shù)據(jù)明暗度不一致，不能真實(shí)反映文物現(xiàn)狀
[0009] 4?數(shù)據(jù)采集手段單一
[0010] 5.對文物古跡遺址破壞大，需要到遺跡內(nèi)部去采集數(shù)據(jù)
[0011] 6?對現(xiàn)場考古發(fā)掘工作影響很大
[0012] 7.無法從空中現(xiàn)場影像資料，采用搖臂攝影測量對現(xiàn)場影響較大。
[0013]有鑒于此，現(xiàn)有技術(shù)有待改進(jìn)和提商。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明的目的在于提供一種智能測繪平臺及其實(shí) 現(xiàn)方法，從而解決現(xiàn)有考古技術(shù)存在的集成度低、數(shù)據(jù)采集手段單一、現(xiàn)場影響較大等問 題。
[0015] 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取了以下技術(shù)方案：
[0016] 一種智能測繪平臺，其中，包括：一與考古挖掘現(xiàn)場上部軌道滑動連接的底座，所 述底座上進(jìn)一步設(shè)置有三維激光掃描儀、攝影測量裝置、輔助光源、云臺和攝像裝置；
[0017] 底座沿著上部軌道滑動到待測繪位置，在輔助光源和云臺的配合下，三維激光掃 描儀、攝影測量裝置和攝像裝置分別獲取目標(biāo)物體的點(diǎn)云數(shù)據(jù)、二維影像數(shù)據(jù)和視頻數(shù)據(jù)。
[0018] 優(yōu)選地，所述的智能測繪平臺，其中，還包括：
[0019] 與底座電連接的控制裝置，用于對三維激光掃描儀、攝影測量裝置、輔助光源、云 臺和攝像裝置進(jìn)行實(shí)時控制；
[0020] 設(shè)置在底座上的供電設(shè)備，用于對三維激光掃描儀和輔助光源提供電源；
[0021] 與三維激光掃描儀、攝影測量裝置和攝像裝置相連的存儲裝置，用于對點(diǎn)云數(shù)據(jù)、 二維影像數(shù)據(jù)和視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲。
[0022] 優(yōu)選地，所述的智能測繪平臺，其中，還包括：
[0023] -與存儲裝置相連的處理裝置，用于根據(jù)點(diǎn)云數(shù)據(jù)、二維影像數(shù)據(jù)和視頻數(shù)據(jù)進(jìn) 行數(shù)據(jù)處理，生成目標(biāo)物體的三維模型。
[0024] -種所述的智能測繪平臺的實(shí)現(xiàn)方法，其中，所述方法包括以下步驟：
[0025] S1、底座沿著上部軌道滑動到待測繪位置；
[0026] S2、在輔助光源和云臺的配合下，三維激光掃描儀、攝影測量裝置和攝像裝置分別 獲取目標(biāo)物體的點(diǎn)云數(shù)據(jù)、二維影像數(shù)據(jù)和視頻數(shù)據(jù)。
[0027] 優(yōu)選地，所述的智能測繪平臺的實(shí)現(xiàn)方法，其中，所述步驟S1之前還包括：
[0028] S0、預(yù)先利用施工現(xiàn)場的鋼梁架設(shè)一軌道，于軌道兩端安裝滑輪，并添加繩鎖進(jìn)行 保護(hù)。
[0029] 智能測繪平臺的實(shí)現(xiàn)方法，還包括：
[0030] S3、處理裝置根據(jù)點(diǎn)云數(shù)據(jù)、二維影像數(shù)據(jù)和視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，生成目標(biāo)物 體的三維模型。
[0031] 優(yōu)選地，所述的智能測繪平臺的實(shí)現(xiàn)方法，其中，所述步驟S3中數(shù)據(jù)處理包括：
[0032] S31、對點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行拼接，并進(jìn)行坐標(biāo)系統(tǒng)歸一；
[0033] S32、對拼接好的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行去噪處理，具體來說，即把掃描過程中干擾的人和 不相關(guān)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)清理干凈，利用圖層管理功能，把噪音歸到一個圖層里，最后再把去噪完 的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行紋理映射匹配；
[0034] S33、生成點(diǎn)云二維圖紙，并齊平立剖面圖紙，構(gòu)建建筑三維模型。
[0035] 優(yōu)選地，所述的智能測繪平臺的實(shí)現(xiàn)方法，其中，所述步驟S3中數(shù)據(jù)處理還包括：
[0036] 通過建立控制網(wǎng)，在待測繪位置周邊及轉(zhuǎn)交處建立控制點(diǎn)，其中，所述控制點(diǎn)為適 合激光掃描儀檢測，也適合光學(xué)影像拍照，且能被提取；
[0037] 同時，對控制點(diǎn)進(jìn)行管理，并能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)導(dǎo)入導(dǎo)出以及數(shù)據(jù)平差處理， 實(shí)現(xiàn)坐標(biāo)系的統(tǒng)一。
[0038] 優(yōu)選地，所述的智能測繪平臺的實(shí)現(xiàn)方法，其中，當(dāng)所述二維影像數(shù)據(jù)為魚眼影像 數(shù)據(jù)時，所述步驟S3中數(shù)據(jù)處理還包括：
[0039] 通過一系列的特征提取、影像配準(zhǔn)和柱面投影變換，將魚眼影像數(shù)據(jù)和點(diǎn)云數(shù)據(jù) 進(jìn)行套和。
[0040] 優(yōu)選地，所述的智能測繪平臺的實(shí)現(xiàn)方法，其中，所述魚眼影像數(shù)據(jù)和點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn) 行套和具體包括：
[0041] 將點(diǎn)云數(shù)據(jù)和魚眼影像數(shù)據(jù)變換為滿足透視條件的距離影像和全景展開影像；
[0042] 利用Canny算子進(jìn)行影像邊緣提取，采用Hough變換檢測出影像的直線特征；
[0043] 基于直線特征在2D空間中采用MIHT算法對影像進(jìn)行配準(zhǔn)；
[0044] 基于配準(zhǔn)結(jié)果對魚眼影像數(shù)據(jù)和點(diǎn)云數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)級整合。
[0045] 相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提供的智能測繪平臺及其實(shí)現(xiàn)方法具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0046] (1)實(shí)現(xiàn)了考古測繪過程中不接觸被測面及被測物體就能實(shí)時進(jìn)行多源數(shù)據(jù)的同 步采集及傳輸存儲；
[0047] (2)借助被測面上方布設(shè)的運(yùn)行軌道實(shí)現(xiàn)了縱橫向自由移動，同時，倒置于平臺上 的硬件設(shè)備借助了云臺的靈活旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)了多視角無死角的數(shù)據(jù)獲取模式；
[0048] (3)實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集過程的自動化、無線化的工作模式；
[0049] (4)集成的LED照明系統(tǒng)對數(shù)據(jù)采集現(xiàn)場的光源進(jìn)行了補(bǔ)充，為平臺上的硬件設(shè) 備提供了最佳的拍攝環(huán)境。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0050] 圖1為本發(fā)明的智能測繪平臺的較佳實(shí)施例的示意圖。
[0051] 圖2為本發(fā)明的溫智能測繪平臺的的實(shí)現(xiàn)方法的流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0052] 本發(fā)明提供一種智能測繪平臺及其實(shí)現(xiàn)方法，為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及效 果更加清楚、明確，以下參照附圖并舉實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所 描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0053] 請參閱圖1，其為本發(fā)明的智能測繪平臺的較佳實(shí)施例的示意圖。如圖所示，所述 智能測繪平臺包括：一與考古挖掘現(xiàn)場上部軌道10滑動連接的底座1〇〇,所述底座1〇〇上 進(jìn)一步設(shè)置有三維激光掃描儀200、攝影測量裝置300、輔助光源400、云臺500和攝像裝置 600 ;底座100沿著上部軌道10滑動到待測繪位置，在輔助光源400和云臺500的配合下， 三維激光掃描儀200、攝影測量裝置300和攝像裝置600分別獲取目標(biāo)物體的點(diǎn)云數(shù)據(jù)、二 維影像數(shù)據(jù)和視頻數(shù)據(jù)。
[0054] 下面分別針對每一部件進(jìn)行詳細(xì)介紹：
[0055] 所述底座100的運(yùn)行需要借助考古發(fā)掘現(xiàn)場上部的軌道。運(yùn)行軌道可以充分利用 施工現(xiàn)場的鋼梁，于兩端安裝滑輪，從而實(shí)現(xiàn)鋼梁在沉箱上部水平縱向移動。設(shè)計于考古 發(fā)掘表面上方一定位置的位置進(jìn)行架設(shè)工作平臺的運(yùn)行軌道，以提高數(shù)據(jù)采集的精度及效 率。
[0056] 需要注意地是，因為底座上集成了多種先進(jìn)的硬件設(shè)備倒置于考古發(fā)掘上方，平 臺的作用不僅是為了保護(hù)平臺上的儀器設(shè)備，更重要的是保護(hù)平臺下方的工作人員及文物 的安全。如果平臺保護(hù)不周全，平臺意外墜落，那后果將不堪設(shè)想。因此，給平臺設(shè)計保護(hù) 措施是非常必要的。
[0057] 第一，要對平臺及儀器設(shè)備采取加固措施，確保平臺作業(yè)時安全穩(wěn)定，確保平臺上 倒置的儀器設(shè)備穩(wěn)固，確保儀器設(shè)備上的零件及附屬品牢固。第二，要對平臺及儀器設(shè)備進(jìn) 行定期檢查，每次檢查需要有詳細(xì)的檢查記錄，第三，需要對平臺及儀器設(shè)備額外添加繩鎖 進(jìn)行保護(hù)。當(dāng)平臺墜落，繩索能夠第一時間保護(hù)平臺不砸落沉箱表面，盡可能地避免意外發(fā) 生?？梢愿鶕?jù)實(shí)際場地情況進(jìn)行設(shè)計，底座100應(yīng)滿足多種設(shè)備共同安裝的尺寸要求，并同 時考慮承重能力及移動方便等。
[0058] 所述三維激光掃描儀200采用三維激光掃描技術(shù)（3DLaserScanning Technology)，利用激光測距的原理，記錄被測物體表面大量密集點(diǎn)的三維坐標(biāo)、反射率和 紋理等信息，再將各種實(shí)體或?qū)嵕暗娜S數(shù)據(jù)完整的采集到電腦中。此外，還可結(jié)合其他儀 器設(shè)備所采集的數(shù)據(jù)來進(jìn)行多站點(diǎn)的拼接、坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換、點(diǎn)云的著色、紋理的映射以及多 種數(shù)據(jù)的融合等，例如控制點(diǎn)坐標(biāo)及目標(biāo)實(shí)體的高清紋理影像等。它突破了傳統(tǒng)的單點(diǎn)測 量方法，具有高效率、高精度的獨(dú)特優(yōu)勢。三維激光掃描技術(shù)能夠提供掃描物體表面的三維 點(diǎn)云數(shù)據(jù)，因此可以用于獲取高精度高分辨率的數(shù)字模型。
[0059] 傳統(tǒng)的三維建模具有數(shù)據(jù)采集困難、效率低下等缺點(diǎn)，三維激光掃描技術(shù)的出 現(xiàn)，改變了已有的數(shù)據(jù)采集方式，為空間三維信息的獲取提供了全新的技術(shù)手段。三維激 光掃描測量技術(shù)采用非接觸主動測量方式，能夠直接、方便、快捷地獲取目標(biāo)物體高精度 三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)。作為測繪【技術(shù)領(lǐng)域】的又一項新突破，三維激光掃描技術(shù)的應(yīng)用已從傳統(tǒng)的 制造業(yè)擴(kuò)展到大型工程測量、數(shù)字城市三維重建、數(shù)字文物保護(hù)和復(fù)雜建筑的變形監(jiān)測等 方面。應(yīng)用數(shù)字化、信息化技術(shù)進(jìn)行文化遺產(chǎn)保護(hù)是目前的社會研究熱點(diǎn)和學(xué)術(shù)前沿問題， 利用三維激光掃描數(shù)據(jù)實(shí)施三維重建對于那些具有復(fù)雜細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)和宏大場景規(guī)模等特點(diǎn) 的古建筑是極富挑戰(zhàn)性的難題。三維激光掃描技術(shù)引入文物建筑測繪和研究領(lǐng)域彌補(bǔ)了傳 統(tǒng)測繪手段的諸多不足。
[0060] 所述攝影測量裝置300是利用近景攝影測量系統(tǒng)對不能接近或不能進(jìn)行常規(guī)直 接測量的被攝對象的空間姿態(tài)的真實(shí)再現(xiàn)，是用像片進(jìn)行三維空間測量的一種重要技術(shù) 手段。它使用專門的量測和非量測用攝影機(jī)，近距離對被攝對象從不同攝影站（基線兩端 點(diǎn)）分別攝影，或用兩架相同攝影機(jī)進(jìn)行同步攝影，獲取對象體具有一定重疊度的（立體像 對）立體圖像，并采用常規(guī)測量手段獲得影像特征點(diǎn)（專用測量標(biāo)志或目標(biāo)特征點(diǎn)）的三 維坐標(biāo)來確定被攝對象的形態(tài)大小、性質(zhì)和幾何位置。
[0061] 數(shù)字近景攝影測量技術(shù)數(shù)據(jù)量小、處理速度快捷，精度高，因此數(shù)字近景攝影測量 在古文物三維重建方面有不可比擬的優(yōu)勢。數(shù)字近景攝影測量技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于：
[0062] 1)瞬間獲取被測物體大量物理信息和幾何信息；
[0063] 2) -種非接觸性量測手段，不傷及測量目標(biāo)，不干擾被測物的自然狀態(tài)。
[0064] 3)適合動態(tài)物體外形和運(yùn)動狀態(tài)測定的手段，也是對微觀和對較遠(yuǎn)目標(biāo)測量手 段。
[0065] 4)基于嚴(yán)謹(jǐn)理論的現(xiàn)代軟件，根據(jù)不同處理方法、技術(shù)手段和硬件投入，可提供千 分之一至萬分之一的精度。
[0066] 5)基于數(shù)字圖像信息和數(shù)字影像的技術(shù)，便于存儲、管理和再現(xiàn)。
[0067] 所述輔助光源400在考古發(fā)掘過程中，對文物的紋理采集是非常重要的工作，文 物紋理是文物細(xì)節(jié)的表現(xiàn)，從單張圖像的應(yīng)用到三維模型的紋理貼圖，都離不開真實(shí)的紋 理信息，而真實(shí)的紋理信息通過相機(jī)傳感器獲取的同時，還要注重外表光源的補(bǔ)充，以保證 得到的紋理信息是文物自身的紋理。本發(fā)明采用LED照明系統(tǒng)作為進(jìn)行考古輔助光源的補(bǔ) 充，LED燈源應(yīng)用非常靈活，使用壽命長，耗能低，光譜中沒有紫外線和紅外線，發(fā)熱量極小， 沒有輻射，屬于典型的綠色照明光源。控制極為方便，通過交叉布設(shè)不同白光，黃光LED燈 源，兩種光色的組合就可以隨意調(diào)光。色溫可以在2500K-6500K之間調(diào)節(jié)，LED燈箱外加漫 反射燈罩模擬漫反射光源。LED光源補(bǔ)給影像采集過程中光線的不足，使影像采集效果達(dá)到 更佳，高清正射影像圖的采集以及監(jiān)控視頻的錄制提供良好的光照環(huán)境。
[0068] 所述云臺500是實(shí)現(xiàn)目標(biāo)物體姿態(tài)控制的裝置，能穩(wěn)定拍攝時候相機(jī)姿態(tài)。按軸 數(shù)分為雙軸云臺和三軸云臺；按控制類型分為手控云臺和自控云臺；按控制原理方式分為 數(shù)控云臺、舵控云臺、傳感器自控云臺等類型。云臺基本工作原理：發(fā)送指令信號一電機(jī)按 指令轉(zhuǎn)動一目標(biāo)物體實(shí)現(xiàn)姿態(tài)調(diào)整。指令信號是人為手動控制，還是讓傳感器（或編制的 程序）自動控制，其傳輸方式是有線還是無線，執(zhí)行調(diào)整的是大功率電機(jī)還是小功率電機(jī)， 是精密控制的伺服電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)還是普通交流、直流電機(jī)，不同指標(biāo)組合產(chǎn)生不同類型的 云臺，也可以說是云臺的主要區(qū)別。智能云臺就是實(shí)施自動控制的云臺。空中航拍、空中攝 影、空中監(jiān)控以及相關(guān)空中平臺，大多數(shù)必須使用云臺控制其方向，由于智能考古平臺為在 軌道上運(yùn)行，其云臺只能使用無線遙控方式，使用無線方式傳輸，對于攝影測量及紋理采集 而言，不但要求能控制攝象機(jī)或照相機(jī)的方向，同時還應(yīng)具備控制鏡頭變焦和相機(jī)快門功 能，不同作業(yè)需要不同性能指標(biāo)要求的云臺。
[0069] 在本實(shí)施例中，所述攝像裝置600采用高清攝像機(jī)，因為視頻是一種十分重要的 數(shù)字化保護(hù)與傳播資源，可記錄真實(shí)場景，它的真實(shí)度不容易被仿制，比其它形式的資源更 有說服力，而且通過剪輯，具有相當(dāng)強(qiáng)大的藝術(shù)表現(xiàn)力。通過考古發(fā)掘及測繪過程需進(jìn)行攝 影攝像，完整記錄考古發(fā)掘的原始狀態(tài)與發(fā)掘中、發(fā)掘后的變化。
[0070] 進(jìn)一步地，所述的智能測繪平臺還包括：
[0071] 與底座電連接的控制裝置，用于對三維激光掃描儀、攝影測量裝置、輔助光源、云 臺和攝像裝置進(jìn)行實(shí)時控制；
[0072] 設(shè)置在底座上的供電設(shè)備，用于對三維激光掃描儀和輔助光源提供電源；
[0073] 與三維激光掃描儀、攝影測量裝置和攝像裝置相連的存儲裝置，用于對點(diǎn)云數(shù)據(jù)、 二維影像數(shù)據(jù)和視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲。
[0074] 更進(jìn)一步地，所述的智能測繪平臺還可以包括：
[0075] -與存儲裝置相連的處理裝置，用于根據(jù)點(diǎn)云數(shù)據(jù)、二維影像數(shù)據(jù)和視頻數(shù)據(jù)進(jìn) 行數(shù)據(jù)處理，生成目標(biāo)物體的三維模型。
[0076] 傳統(tǒng)考古發(fā)掘在使用三維激光掃描儀中，需要經(jīng)過選點(diǎn)、設(shè)腳架、架設(shè)備、初整平、 手動調(diào)參、設(shè)立標(biāo)靶、掃描等一系列掃描準(zhǔn)備工作。對考古發(fā)掘過程中的連續(xù)性、工作進(jìn)度 造成破壞。
[0077] 本發(fā)明的智能測繪平臺通過創(chuàng)新的思路和解決方案，使得考古過程中的現(xiàn)場測繪 工作變得更有效，對考古發(fā)掘工作人員的影響降到最低，不影響考古挖掘工作的前提下就 能進(jìn)行數(shù)據(jù)采集工作。
[0078] 其優(yōu)點(diǎn)如下：
[0079] (1)可自由移動平臺，不再需要通過地面選點(diǎn)，架設(shè)激光掃描儀等地面準(zhǔn)備工作， 就可準(zhǔn)確到達(dá)掃描地點(diǎn)上空。
[0080] (2)固定標(biāo)靶采集，不需要再架設(shè)標(biāo)靶，大大節(jié)省了架設(shè)標(biāo)靶的時間，而且從上采 集，標(biāo)靶的通視性更好。
[0081] (3)初整平已完成，倒置安裝激光掃描儀的時候，儀器初整平便已完成。
[0082] (4)免調(diào)參，在激光掃描過程中全程使用無線控制技術(shù)，只需要遠(yuǎn)程控制開始掃描 即可。正射影像獲取過程中同樣只需要遠(yuǎn)程控制拍照即可，實(shí)時圖像及參數(shù)能在移動端快 速瀏覽，改正。不需要將相機(jī)再卸下來設(shè)定參數(shù)。
[0083] (5)光源可控，輔助光源為無線控制開關(guān)及色溫，不需要人工再去架設(shè)光源及控制 光源。
[0084] (6)不破壞現(xiàn)場，"空中智能測繪平臺"為空中作業(yè)平臺，不需要在發(fā)掘表面現(xiàn)場架 設(shè)三角架及架設(shè)標(biāo)靶，避免了傳統(tǒng)三維激光掃描對考古發(fā)掘面的破壞。
[0085] 請繼續(xù)參閱圖2,其為所述的智能測繪平臺的實(shí)現(xiàn)方法，所述方法包括以下步驟：
[0086] S1、底座沿著上部軌道滑動到待測繪位置；
[0087] S2、在輔助光源和云臺的配合下，三維激光掃描儀、攝影測量裝置和攝像裝置分別 獲取目標(biāo)物體的點(diǎn)云數(shù)據(jù)、二維影像數(shù)據(jù)和視頻數(shù)據(jù)。
[0088] 具體來說，數(shù)據(jù)獲取的前期，我們需要了解獲取數(shù)據(jù)的范圍、對象、形態(tài)等各方面 信息，對平臺位置做選擇，將平臺移動到相關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)采集的位置，保持儀器的穩(wěn)定性；智能 測繪平臺能不受地面場地影響，直接在空中獲取相關(guān)的考古發(fā)掘數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)獲取部分有三 維激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)、二維影像數(shù)據(jù)、視頻數(shù)據(jù)等。同時配合LED輔助光源來保證文物遺址現(xiàn) 場的紋理真實(shí)性。首先，獲取三維激光掃描儀的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，獲取的點(diǎn)云數(shù)據(jù)是有千億個點(diǎn) 構(gòu)成，能把考古遺址表面完全以點(diǎn)形式記錄下來；然后，獲取二維影像數(shù)據(jù)，其通過?相機(jī) 配合無線控制器來實(shí)現(xiàn)從空中俯拍整個考古發(fā)掘場地的目的，可根據(jù)考古發(fā)掘現(xiàn)場實(shí)際需 求，來控制拍攝影像的重疊度、曝光參數(shù)等。
[0089] 其中，對于攝影測量裝置的參數(shù)設(shè)置可以設(shè)置如下：
[0090] (1)光圈：它就是一個管理進(jìn)入機(jī)身內(nèi)的光線的多少的，調(diào)整它的大小可以很好 的控制拍照的曝光量。表達(dá)光圈大小我們是用f值。
[0091] (2)快門：是讓光線進(jìn)入機(jī)身的有效時間的多少，這個時間是比較精確的。比如： 1/4 秒......1/8000 秒等
[0092] (3)ISO:是指底片（感光元件）的感光能力，數(shù)碼單反相機(jī)的感光元件屬于主動元 件，分為兩種：一種是CCD;另一種是CMOS;高的ISO值會使拍出的照片有很強(qiáng)的顆粒感，低 的ISO會是拍出來的照片具有細(xì)膩感。
[0093] (4)色溫：色彩的冷暖。單位是K，色溫值與實(shí)際光源一致，拍出來的照片正常；當(dāng) 高于實(shí)際光源的時候，就偏紅或偏黃，相反則偏藍(lán)；自然光源下，我們一般采用自動色溫。
[0094] (5)曝光原理、曝光標(biāo)準(zhǔn)：曝光的好壞可以根據(jù)這個原則來判斷：白中有白，黑中 有黑，色彩豐富，過渡自然。照片看起來柔和。
[0095] 進(jìn)一步地，還包括：S3、處理裝置根據(jù)點(diǎn)云數(shù)據(jù)、二維影像數(shù)據(jù)和視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù) 據(jù)處理，生成目標(biāo)物體的三維模型。
[0096] 具體來說，所述步驟S3中數(shù)據(jù)處理包括：
[0097] S31、對點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行拼接，并進(jìn)行坐標(biāo)系統(tǒng)歸一；拼接過程可以通過標(biāo)靶拼接、控 制點(diǎn)拼接等，拼接結(jié)果誤差越小，精度越高，拼接誤差一般控制在3mm內(nèi)；
[0098] S32、對拼接好的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行去噪處理，具體來說，即把掃描過程中干擾的人和 不相關(guān)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)清理干凈，利用圖層管理功能，把噪音歸到一個圖層里，最后再把去噪完 的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行紋理映射匹配；
[0099]S33、生成點(diǎn)云二維圖紙，并齊平立剖面圖紙，構(gòu)建建筑三維模型。二維圖是基于基 礎(chǔ)測繪數(shù)據(jù)、三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)生成的衍生數(shù)據(jù)，即遵循"從整體到局部，分段取整"的原則，利 用第三方軟件（如Cloudworx插件）將三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)導(dǎo)入計算機(jī)制圖軟件中（如CAD、天 正軟件），便可繪制建筑物的正立面圖、平面圖、剖面圖，并在圖中精確標(biāo)注幾何尺寸。這些 實(shí)測圖可以表示梁園建筑物內(nèi)部外部的精確位置、形式、裝飾設(shè)計及彼此間的空間關(guān)系，分 析說明其建筑結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。與傳統(tǒng)測繪相比，大大減少線劃圖繪制會的工作量，且結(jié)果更為準(zhǔn) 確。
[0100] 三維模型生成后，導(dǎo)入1 :500數(shù)字線劃圖，將白模與1 :500數(shù)字線劃圖對齊。對模 型進(jìn)行優(yōu)化，刪除看不到的面或重疊的面。再處理屋頂結(jié)構(gòu)與紋理。同一法線方向的兩個 面之間應(yīng)避免共面閃爍，最小間距此例設(shè)置為15cm。最后，模型烘焙后，將模型數(shù)據(jù)導(dǎo)出。
[0101] 需要強(qiáng)調(diào)的是，傳統(tǒng)單一設(shè)備的數(shù)據(jù)采集，只能得到單一的數(shù)據(jù)結(jié)果。單一設(shè)備數(shù) 據(jù)采集往往存在一定的數(shù)據(jù)不完整性、數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度不高、數(shù)據(jù)的采集效率低等。例如一棟 古民居，通常只通過地面激光掃描設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，獲取的只是建筑主體結(jié)構(gòu)部分的數(shù) 據(jù)，而對于建筑細(xì)部我們需要更高精度的數(shù)據(jù)，建筑頂部同樣也需要數(shù)據(jù)的彌補(bǔ)。我們甚至 還需要一些更有真實(shí)的全景360影像，或需要一些紋理影像。這些數(shù)據(jù)的采集，通過某一種 設(shè)備或技術(shù)手段是無法實(shí)現(xiàn)的，我們需要使用更多的設(shè)備及技術(shù)，這樣便促使我們將多種 不同來源的數(shù)據(jù)融合、集成成為一個整體的數(shù)據(jù)。
[0102] 在考古發(fā)掘中的數(shù)據(jù)采集面對更多不同范圍，不同類型的數(shù)據(jù)采集工作。例如有 大范圍的古村落的數(shù)據(jù)采集工作、單個建筑個體的數(shù)據(jù)采集、單個文物的數(shù)據(jù)采集等，項目 中通過不同采集設(shè)備，獲取了不同來源的數(shù)據(jù)類型。我們將這些數(shù)據(jù)通過統(tǒng)一的坐標(biāo)系轉(zhuǎn) 換，統(tǒng)一的格式提取，多種數(shù)據(jù)集成的功能拓展，使之成為一個完成的表現(xiàn)整體。
[0103] 在研究實(shí)施過程中，為了充分的獲取原始數(shù)據(jù)資料和盡量完備地實(shí)現(xiàn)對文物遺跡 空間數(shù)據(jù)的獲取，需要采用不同的設(shè)備和傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，主要有：激光掃描儀、全站 儀、GPS、數(shù)碼相機(jī)、雙目數(shù)碼相機(jī)等。而這些傳感器之間的空間位置關(guān)聯(lián)是相對比較繁瑣 的工作，尤其是數(shù)碼相機(jī)和激光掃描儀之間的空間位置關(guān)聯(lián)，由于信息表達(dá)方式不同，轉(zhuǎn)換 本身就比較麻煩。需要建立大量的連接點(diǎn)、控制點(diǎn)，如何實(shí)現(xiàn)不同數(shù)據(jù)源之間的有效坐標(biāo)轉(zhuǎn) 換，并減少坐標(biāo)轉(zhuǎn)換過程中的數(shù)據(jù)失真是一個困難的問題。
[0104] (一）點(diǎn)云數(shù)據(jù)的空間
[0105] 三維激光掃描獲得的點(diǎn)數(shù)據(jù)，每個點(diǎn)可用一個三維向量來表示即x= (Xi，yi，Zi)T， 其中，XiGR，yiGR，ZiGR，可把掃描獲得的建筑物的點(diǎn)云數(shù)據(jù)看做一個實(shí)數(shù)域R3上的向 量空間V，即對任意兩個向量X= (Xi，X2, (yi，y2，…，yn)TGRn和兩個 數(shù)a，PGR，線性組合ax+PyGV，即

【權(quán)利要求】
1. 一種智能測繪平臺，其特征在于，包括：一與考古挖掘現(xiàn)場上部軌道滑動連接的底 座，所述底座上進(jìn)一步設(shè)置有三維激光掃描儀、攝影測量裝置、輔助光源、云臺和攝像裝 置； 底座沿著上部軌道滑動到待測繪位置，在輔助光源和云臺的配合下，三維激光掃描儀、 攝影測量裝置和攝像裝置分別獲取目標(biāo)物體的點(diǎn)云數(shù)據(jù)、二維影像數(shù)據(jù)和視頻數(shù)據(jù)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能測繪平臺，其特征在于，還包括： 與底座電連接的控制裝置，用于對三維激光掃描儀、攝影測量裝置、輔助光源、云臺和 攝像裝置進(jìn)行實(shí)時控制； 設(shè)置在底座上的供電設(shè)備，用于對三維激光掃描儀和輔助光源提供電源； 與三維激光掃描儀、攝影測量裝置和攝像裝置相連的存儲裝置，用于對點(diǎn)云數(shù)據(jù)、二維 影像數(shù)據(jù)和視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的智能測繪平臺，其特征在于，還包括： 一與存儲裝置相連的處理裝置，用于根據(jù)點(diǎn)云數(shù)據(jù)、二維影像數(shù)據(jù)和視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù) 據(jù)處理，生成目標(biāo)物體的三維模型。
4. 一種權(quán)利要求1所述的智能測繪平臺的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，所述方法包括以下 步驟： 51、 底座沿著上部軌道滑動到待測繪位置； 52、 在輔助光源和云臺的配合下，三維激光掃描儀、攝影測量裝置和攝像裝置分別獲取 目標(biāo)物體的點(diǎn)云數(shù)據(jù)、二維影像數(shù)據(jù)和視頻數(shù)據(jù)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的智能測繪平臺的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，所述步驟S1之前還 包括： so、預(yù)先利用施工現(xiàn)場的鋼梁架設(shè)一軌道，于軌道兩端安裝滑輪，并添加繩鎖進(jìn)行保 護(hù)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的智能測繪平臺的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，還包括： 53、 處理裝置根據(jù)點(diǎn)云數(shù)據(jù)、二維影像數(shù)據(jù)和視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，生成目標(biāo)物體的 三維模型。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的智能測繪平臺的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，所述步驟S3中數(shù)據(jù) 處理包括： 531、 對點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行拼接，并進(jìn)行坐標(biāo)系統(tǒng)歸一； 532、 對拼接好的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行去噪處理，具體來說，即把掃描過程中干擾的人和不相 關(guān)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)清理干凈，利用圖層管理功能，把噪音歸到一個圖層里，最后再把去噪完的點(diǎn) 云數(shù)據(jù)進(jìn)行紋理映射匹配； 533、 生成點(diǎn)云二維圖紙，并齊平立剖面圖紙，構(gòu)建建筑三維模型。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的智能測繪平臺的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，所述步驟S3中數(shù)據(jù) 處理還包括： 通過建立控制網(wǎng)，在待測繪位置周邊及轉(zhuǎn)交處建立控制點(diǎn)，其中，所述控制點(diǎn)為適合激 光掃描儀檢測，也適合光學(xué)影像拍照，且能被提取； 同時，對控制點(diǎn)進(jìn)行管理，并能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)導(dǎo)入導(dǎo)出以及數(shù)據(jù)平差處理，實(shí)現(xiàn) 坐標(biāo)系的統(tǒng)一。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的智能測繪平臺的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，當(dāng)所述二維影像數(shù) 據(jù)為魚眼影像數(shù)據(jù)時，所述步驟S3中數(shù)據(jù)處理還包括： 通過一系列的特征提取、影像配準(zhǔn)和柱面投影變換，將魚眼影像數(shù)據(jù)和點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行 套和。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的智能測繪平臺的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，所述魚眼影像數(shù)據(jù) 和點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行套和具體包括： 將點(diǎn)云數(shù)據(jù)和魚眼影像數(shù)據(jù)變換為滿足透視條件的距離影像和全景展開影像； 利用Canny算子進(jìn)行影像邊緣提取，采用Hough變換檢測出影像的直線特征； 基于直線特征在2D空間中采用MIHT算法對影像進(jìn)行配準(zhǔn)； 基于配準(zhǔn)結(jié)果對魚眼影像數(shù)據(jù)和點(diǎn)云數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)級整合。
【文檔編號】G01C11/00GK104330074SQ201410608724
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年11月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月3日
【發(fā)明者】熊友誼, 王勇, 韋騎峰, 熊四明, 胡金華 申請人:熊友誼