Введение 3
Глава 1. Регистрация данных наземного лазерного сканирования. Теория 5
1.1. Наземные лазерные сканеры. Принципы работы 5
1.2. Алгоритмы регистрации данных лазерного сканирования 8
1.2.1. Регистрация по опорным точкам 9
1.2.2. Регистрация по геометрическим элементам 9
1.2.3 Регистрация по результатам инструментальных измерений 10
1.2.4. Алгоритм ICP 11
1.3. Алгоритмы поиска опорных точек для регистрации 13
Глава 2. Опыт предыдущих исследований 18
2.1. Применение метода SIFT 18
2.2. Проверка полного алгоритма метода SIFT 19
2.2.1. Развертки 19
2.2.2. Ортофотопланы 19
2.3. Проверка метода SIFT с фильтрацией по расстояниям 22
Глава 3. Исследование методов отбора общих точек на ортофотопланах 25
3.1. Программные средства 25
3.2. Описание функционала алгоритма на языке Python 26
3.2.1 Методы указания точек на ортофотопланах 27
3.2.2 Метод определения общих точек на втором ортофотоплане 28
3.3 Проверка работы метода на объектах 31
3.3.1 Проверка субпиксельной точности 31
3.3.2 Проверка работы метода при ручном наборе точек 32
3.3.3 Проверка работы метода при наборе точек методом SIFT 34
3.3.4 Проверка эффективности фильтрации точек с указанием местоположения 35
3.3.5 Проверка работы метода при указании точек на двух ортофотопланах 38
3.3.6 Проверка работы метода на повернутых сканах 40
Заключение 42
Литература 43
Приложение 46
В последние десятилетия все больше в различных сферах производственной деятельности используется технология наземного лазерного сканирования (НЛС). Достоинствами данной технологии, которые высоко ценятся при архитектурных, реставрационных, строительных и иных работах, стали высокая скорость сканирования, существенная степень автоматизации процесса, а также высокоточное и полное представление трехмерных данных. Такой вид представления пространственной информации существенно упрощает процесс создания и обновления планов, разрезов, что является неотъемлемой частью обмерной документации любых архитектурных объектов.
При этом, не смотря на в целом высокую степень автоматизации, важной особенностью большинства сканирующих систем является то, что материалы каждого сеанса сканирования получаются в собственной системе координат, что приводит к необходимости сведения всех результатом в единую систему отсчета. Классическим вариантом регистрации данных лазерного сканирования является сведение по общим точкам, в качестве таких обычно выступают марки заранее закрепленные на объекте, поиск и указание таких точек на сканах производится вручную специалистом и занимает много времени.
Поиск соответствующих точек может быть осуществлен на развертках скана и на ортофотопланах, которые являются цифровыми изображениями, исходя из чего, при подборе и поиске таких точек можно применить методы компьютерного зрения.
Актуальность исследования: использование методов компьютерного зрения позволяет значительно ускорить и упростить процесс регистрации данных лазерного сканирования.
Цель работы: изучение алгоритмов автоматизации регистрации данных лазерного сканирования, и их точности.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
- Рассмотрение методов регистрации данных лазерного сканирования;
- Изучение методов поиска общих точек на ортофотопланах с использованием алгоритмов компьютерного зрения;
- Исследование методов отбора общих точек на ортофотопланах;
- Разработка алгоритма нахождения общих точек на ортофотопланах;
- Проверка работы алгоритма на реальных объектах;
- Анализ полученных результатов и формулирование выводов на основе исследования.
Объект исследования: регистрация данных лазерного сканирования;
Предмет исследования: методы автоматической регистрации данных лазерного сканирования.
В ходе реализации поставленной цели были достигнуты следующие задачи:
- Рассмотрены и изучены методы регистрации данных лазерного сканирования, методы поиска общих точек на ортофотопланах с использованием алгоритмов компьютерного зрения;
- Исследованы и реализованы на языке Python методы отбора общих точек на ортофотопланах;
- Разработан алгоритм поиска общих точек на ортофотопланах;
- Проведены исследования по проверке работоспособности метода на реальных объектах.
Из результатов анализа исследований следует вывод, что рассмотренные методы выбора, нахождения и фильтрации опорных точек на ортофотопланах могут успешно применяться для цели регистрации данных лазерного сканирования. Расчеты показывают, что среднеквадратическая погрешность нахождения точек рассмотренными методами может находиться в пределах 1 сантиметра, что позволяет использовать их для приведения сканов друг к другу.
Результаты, полученные в данном исследовании, можно использовать как основу для создания и развития автоматической системы регистрации данных лазерного сканирования.
