主动飞行时间3D成像系统的应用与比较

### 主动飞行时间3D成像系统的应用与比较 #### 1. 光学空间成像系统概述 有四类光学空间成像系统，分别是地面摄影测量、视频测量、地面激光扫描和摄像机测距。可从测量精度、测量空间分辨率、设备成本、便携性、空间范围以及能否实时获取基础设施数据（快速自动数据采集）等方面对它们进行分类。 #### 2. 最终3D模型中不一致性的查找 空间数据采集系统部分或完全自动化是理想状态，但测量误差常需人工干预，在将数据合并到最终模型之前定位并移除数据。此外，还需定位并处理因配准过程问题导致的最终模型不准确问题。 - **图像配准技术**：Salvi等人对图像配准技术进行了综述，将配准技术分为粗配准和精配准方法。粗配准方法能处理噪声数据且速度快；精配准方法旨在根据数据质量生成最准确的最终模型，但通常较慢，因为要最小化点到点或点到面的距离。 - **自动化CAD生成**：Bosche专注于从激光扫描自动生成CAD以更新竣工尺寸，用于确定竣工特征是否符合设计的建筑公差。不过该系统只是准自动化，图像配准步骤需要人工干预。 - **竣工建筑信息模型（BIM）质量评估**：Anil等人解决了评估从点云数据生成的竣工BIM模型质量的问题。自动化合规测试识别出的合规偏差是物理测试测量方法的六倍，且发现错误更快，节省了40%的时间，但自动化方法不太适合检测比例误差。扫描数据中测量误差的主要来源包括数据采集误差、扫描系统校准误差、数据伪像、配准误差和建模误差。 #### 3. 实验结果 - 地面LiDAR系统（TLS） ##### 3.1 距离不确定性 在实验室条件（ISO 1）下验证了Leica ScanStation 2在10m以下距离的性能，在有监控的走廊中验证了其在长达40m距离的性能。使用漫反射率为3.5%的孟塞尔纸板参考物，最大测量范围为20m，因此对较暗区域的测量受距离限制。在1 - 90m的范围内，漫反射率在18 - 90%的表面上，均方根（RMS）噪声水平在1.25 - 2.25mm之间。 | 测量条件 | 距离范围 | 漫反射率范围 | RMS噪声水平范围 | | ---- | ---- | ---- | ---- | | 实验室及走廊 | 1 - 90m | 18 - 90% | 1.25 - 2.25mm | ##### 3.2 系统距离误差 在雅典卫城厄瑞克忒翁神庙进行3D数据采集时，观察到大理石表面的光学穿透导致的距离测量系统误差。使用脉冲式TLS和相位式TLS都观察到了这种系统误差，误差大小因所使用的技术和大理石类型而异。在实验室条件下的实验也验证了这一现场观察结果。 ```mermaid graph LR A[激光扫描大理石表面] --> B[激光穿透与异常后向散射] B --> C[产生系统距离误差] ``` ##### 3.3 TLS与激光跟踪（LT）结合的案例研究 对位于渥太华苏塞克斯大道100号的一座建筑的外