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。

　　掃描作業(yè)過程中，受室內(nèi)場景、視場角度、地物遮擋等因素限制，通常需進行多站掃描。作業(yè)過程需要通過拼接使點云形成整體，最后利用整體點云復(fù)原整個作業(yè)場景進行后續(xù)成果生產(chǎn)。因此，點云拼接的精度和效率直接影響后處理成果質(zhì)量與效率。

　　目前，三維激光掃描儀點云常用拼接方式包括：多點拼接、標靶拼接、后視拼接以及全自動拼接。多點拼接選點數(shù)量多，影響拼接效率；后兩者需架設(shè)標靶或控制點，增加了外業(yè)負擔(dān)；全自動拼接對于外業(yè)采集要求較高，比如視覺追蹤技術(shù)需要在光線較好條件下進行、測站之間不能間隔太遠、重復(fù)區(qū)域要大、室內(nèi)無法進行指北和定位等。

　　針對傳統(tǒng)地面站拼接中存在這些問題，海達數(shù)云“三維激光點云拼接軟件HD TLS Scene”新推出了一種簡便快速高精度的拼接方式——單點拼接技術(shù)。

　　一、技術(shù)原理

　　單點拼接技術(shù)僅需選擇一組同名點對，即可完成兩站點云拼接。

　　單點拼接算法處理流程主要由局部粗拼接、局部精度優(yōu)化以及全局精度優(yōu)化三個全自動步驟構(gòu)成，依托于海達數(shù)云自研的多層級點云技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)點云快速拼接。

單點拼接技術(shù)流程圖

　　二、技術(shù)特點

　　海云單點拼接技術(shù)，通過選擇一對同名點，使用局部粗拼接和兩步拼接優(yōu)化相結(jié)合的方式，可快速完成多站點云的拼接。拼接后的點云整體重合精度高，同時具有選點少、場景穩(wěn)定性高、拼接速度快、選點容錯性好等優(yōu)點。

　　01、選點少

　　僅需要一對同名點，即可實現(xiàn)兩站點云精拼接，減少了選點的數(shù)量。當測站數(shù)量達到幾十甚至上百站時，效率提升非常明顯。

　　02、穩(wěn)定性高

　　經(jīng)過多種場景工程應(yīng)用，該技術(shù)不僅能夠適應(yīng)室內(nèi)、戶外建筑、街道、立面等常見的場景，而且在許多復(fù)雜的場景中，仍然能夠獲得較高拼接質(zhì)量的結(jié)果，具有良好的場景穩(wěn)定性。

　　03、速度快

　　該技術(shù)基于海云多層級點云數(shù)據(jù)特性，一方面，滿足了多測站點云拼接的精度要求；另一方面，解決了海量點云拼接所帶來的耗時長問題，對于高密度掃描測站依然能夠快速地獲得高精度的拼接結(jié)果。

　　經(jīng)過七組場景點云測試。其中，每組場景存在多個測站，對每組場景多個拼接對時間進行統(tǒng)計，結(jié)果如下表所示。

　　最長耗時為7.17s，平均最長耗時為1.6s，不超過2.0s。（拼接內(nèi)存占用最高不超過800M）

　　04、選點容錯性好

　　該技術(shù)選點容錯性好，當同名點選點誤差處于一定范圍內(nèi)時，如下圖所示，配準站中綠色圈內(nèi)點為正確同名點，選擇紅圈中具有一定誤差的點進行拼接，仍可獲得正確的拼接結(jié)果。

　　05、拼接精度高

　　單點拼接技術(shù)，經(jīng)過多種場景工程應(yīng)用驗證，兩站點云拼接精度可達到1cm精度水平。

　三、工程應(yīng)用

　　01、戶外場景

　　該組為某電力項目點云，特點是場景范圍大，存在建筑、電力塔等許多標志性地物，特征點較多并且點云有效重疊度高。

　　電力塔場景-拼接前（整體）

　　電力塔場景-拼接后（整體）

　　電力塔場景-拼接后（局部-電力塔）

　　電力塔場景-拼接后（局部-電力線）

　　02、地下停車場場景

　　該組場景為地下停車場點云，特點是場景較小，點云以面狀結(jié)構(gòu)為主，特征點主要為墻壁角點、消防箱等物體，相似度高。

　　地下停車場-拼接前（整體）

　　地下停車場-拼接后（整體）

　地下停車場-拼接后（局部俯視圖）

　　03、外立面場景

　　該組為某外立面改造項目點云，場景主要為大片面狀結(jié)構(gòu)，首先，平面點云缺少特征信息。其次，由于掃描角度、場景限制等原因，建筑正面點云密度高，而側(cè)面點云稀少，無法提供側(cè)面約束，傳統(tǒng)拼接結(jié)果易產(chǎn)生水平偏移。

　　外立面-拼接前（整體）

外立面-拼接后（整體）

　外立面-拼接后（局部-陽臺）

　　綜上所述，海達數(shù)云這次推出的激光點云單點拼接新技術(shù)，具有簡便、快速、精度高等特點，大幅提升點云拼接效率，可廣泛適用于各種室內(nèi)外場景。