面向复杂建筑物部件的地面激光扫描点云与近景影像混合三维建模方法研究

地面激光扫描（Terrestrial Laser Scanning，简称TLS）数据和近景数码影像数据是实现地面目标三维重建的两个重要数据来源。本项目以解决复杂建筑物部件的三维重建为研究目标，充分利用TLS数据和近景影像各自的特点，首先对TLS点云进行去噪，并依据最小二乘和曲面拟合实现多站点云拼接。与此同时，通过对近景影像的特征点/线提取、基于物方的多景影像特征匹配等，生成影像特征点云，并将TLS点云数据与影像特征点云进行空间配准，依据影像特征点云，对复杂建筑物部件点云进行分割。然后以特征信息作为约束条件和初始值，分别实现点云数据的曲线曲面拟合、TIN平面重建、以及数据补洞等，最终完成不同几何基元下的分段重建，实现TLS与近景影像的混合三维建模，得到复杂建筑物部件的高保真、简洁化、多层次的真三维模型重建。

本项目针对人工地物立面的几何特征，研究地面三维激光扫描点云与近景摄影测量数据融合与建模时涉及到的理论和技术问题，寻求点云数据和影像数据相结合的最佳方案，取长补短，研究突破地面激光扫描用于建筑物复杂部件三维重建的若干关键技术问题和地面激光扫描数据与近景数码影像结合下的混合三维重建。.主要工作包括以下几个关键部分：.（1）点云去噪及索引建立。本项目采用R-tree索引首先对无序的点云建立索引结构，然后在索引基础上利用最近邻查询（KNN）进行点云去噪处理，为点云数据建立完整的数据索引。.（2）多景近景影像特征点线匹配。本研究采用基于物方的匹配策略，利用特征点、特征线同时对多张影像进行匹配，实现由粗到精的金字塔匹配。.（3）激光点云与影像特征点云的配准。通过分别在点云数据和影像特征点云中寻求公共点、线，然后通过二者之间的空间坐标差值计算出两种点云之间的转换参数，然后依照不同空间直角坐标系之间的转换模型，将影像特征点云的空间坐标转换到激光点云的坐标系统之中，最后实现两种不同类型点云之间的空间配准。.（4）点云数据拟合及三维重建方法研究。利用点云数据与影像特征数据配准后获得的结果，本研究采用三次B样条曲线、三次三边Bézier曲面等自由曲线曲面对处理后的点云数据进行拟合实验，实现复杂点云边界的拟合与重建，同时利用三角TIN面片实现平缓点云区域的三维重建。.（5）数据空洞补充。利用点云数据本身的拓扑一致性和函数连续性，结合影像数据对应位置的几何和属性信息，实现数据空洞的补充。在此过程中，需要首先完成数据空洞临域范围内点云数据的法向量计算，然后以影像特征点云提供的边界条件作为初始值，建立与该法向量相一致的空间平面，最后在所建立的空间平面内，依照拓扑一致性和函数连续性原则，对点云数据进行外推加密，实现点云平面TIN的区域增长，完成数据空洞补充。