IP-S2车载激光扫描系统对全景影像数据的采集与处理方法

2014-03-08成功

经纬天地 2014年6期

关键词：扫描仪全景车载

□成功

（山西省基础地理信息院，山西太原030001）

IP-S2车载激光扫描系统对全景影像数据的采集与处理方法

□成功

（山西省基础地理信息院，山西太原030001）

本文主要介绍了IP-S2车载激光扫描系统的构成，以及运用该系统获取城市全景影像数据的原理。通过对系统操作流程的详细说明，阐明采集和处理全景影像数据的方法。在对数据的后处理过程中，结合同步获取的坐标点云数据处理方法，很好地将全景影像数据与基础地理信息数据相结合，为城市的发展和地理信息数据的运用提供了一种快速有效的应用途径。

IP-S2；车载激光扫描；全景影像；点云

1.IP-S2车载激光扫描系统简介

IP-S2车载激光扫描系统是一种与时间同步并且集成了双频GPS/GLONASS接收机（内置于IP-S2主机）、IMU（惯性测量单元）、激光扫描器、车轮编码器、全景数码相机等各种传感仪器的系统。是建设城市基础地理信息系统及其实时快速更新的现代化设备系统，也是其他具备汽车通行条件附近进行三维测量和建模的高新设备[1]。

运用IP-S2激光扫描仪获取的全景影像数据是由顶部的六台环绕式照相机同步采集所得，采集照片像素、清晰度、曝光度可以根据天气、采光等因素自行调节，以确保照片质量的清晰。全景照片数据也是带有坐标信息的数据，经过数据后处理阶段所生成的照片信息文件同时带有转换后的坐标位置数据，可以与实际的道路位置匹配，有了这些坐标信息，就可以将照片和行车路径统一在一个平台下进行街景漫游。同时，6台广角照相机所拍摄的即时照片有多种浏览方式和存储方式，同一时间点位上拍摄的照片可以形成全景照片形式，也可以形成单个方向的独立照片，这就对后期应用提供了很大的方便[2]。

2.全景影像数据的采集方法

2.1 设备安装与参数设置

使用IP-S2车载激光扫描系统进行原数据的采集，需要的主要硬件设备：IP-S2激光扫描仪；作业车辆；GPS接受仪GR-3；脚架以及外业已知控制点；主要软件设备：GEOCLEAN；WORKSTATION[3]。

2.1.1 安装IP-S2激光扫描仪到作业车辆顶部

长期非作业状态下，IP-S2主机是放在一个设备专用箱内存放，该主机毛重50KG，净重35KG。在地面做好主设备的底座的链接加固后，再安装至车辆顶部，用专用螺丝进行加固。

2.1.2 连接缆线

缆线连接包括：电源电缆、天线电缆、数据接收电缆和轮式编码器电缆，与对应的主机端口进行连接。

2.1.3 参数设置

整个数据获取过程是由系统配置的笔记本电脑控制完成的，对笔记本电脑控制的软件运行环境、各要素参数都要进行设置，主要包括：扫描仪精度设置、扫描距离设置、扫描间距设置、相机曝光度设置、相机对比度设置和相片分辨率的设置[4]。

对激光扫描仪和广角镜头照相机各参数设置完成并运行正常后，方可进行动态扫描和全景照片数据采集。

2.2 数据采集

数据采集过程可以分为彩色全景影像数据采集（一个含6台广角镜头照相机的相机组，即环绕四周5台，1台面向天顶）和点云扫描数据采集（一个含3台激光扫描仪的扫描仪组，即左右各一台垂直扫描仪，一台面向后方的水平扫描仪）。两种数据采集可固定完成，也可以关闭其中一种，只采集另一种数据。扫描行车速度要控制在30—40km/h，以保证扫描数据的精度和密度，同时保证全景照片的清晰度，避免照片拉丝。整个扫描过程需在道路边线和道路中心线行驶，可短暂停车，停车时数据接收暂停，车辆启动后仍可继续搜集扫描数据。扫描单段数据结束后，对数据文档进行编号和存档，以便数据的后处理。

第1阶段

第2阶段

第3阶段

第4阶段

3.全景影像的数据处理

利用IP-S2车载激光扫描系统进行外业扫描作业，对扫描数据进行后续处理，得到的数据有两种形式：一种是全景照片流，另一种是带有坐标信息的高精度三维点云数据。然后运用软件对影像进行姿态信息的提取，得到全景数码照片及相匹配的坐标文件，具体操作流程如下：

后处理使用的原始数据主要是数据获取采集阶段形成的IPS-INFO.JSON、IPSJOB.JSON、RAW.ZPS、RAW.PRE.ZPS四个文件。该设备系统的后处理过程包括如下内容：

3.1 GNSS+IMU解析

所谓GNSS+IMU解析就是综合固定基站，作业车辆移动的GPS天线按一定时间接收的WGS-84空间大地坐标和惯性导航姿态及位置参数的综合处理过程。其运行时WORKSTATION APP通过设备配置的综合处理软件的解析计算，最后形成文件，即POSES.IPZ POSES.KML和GPS.KML。

*.KML文件是可以在GOOGLE EARTH上安装使用的，进行有关检测形成路线情况的。GPS.KML是综合解析处理之前的位置信息文件。POSS.KML和POSES.IPZ是经过综合解析后的位置信息，可用于GOOGLE EARTH显示和纯二进制结果的文件。这些结果将作为全景照片的位置信息和其他处理参数使用。

3.2 全景照片的影像匹配

在确定了照片的匹配分辨率和算法之后，通过该处理可以将6台相机同步拍摄的6张照片严密镶嵌拼接为一张全景照片并进行压缩储存，形成LB-PICS.IPS照片二进制文件。

3.3 扫描点云数据的处理

在进行必要的预先设置（如：坐标系统、经处理后的点云数据、输出文件格式确认、扫描型号）后，即可开始处理，最后将处理点云结果储存在规定的输出文件名中。

其基本内容为X、Y、Z、I、R、G、B，若非彩色点云，RGB值均为128。

3.4 使用坐标转换软件进行相应的坐标转换

在软件开始执行前要进行必要的参数输入，经核准确认后方可执行。如果形成的转换数据文件过大，为防止受容量限制不能正常运行，可以将数据进行分块，分块数据按规定文件名称格式取名（不能随意取名）。点云数据中若有RGB彩色信息则要选中相应的选择框。最后形成的数据文件名为后缀CL3且与数据文件同名的文件。

3.5 点云数据的屏幕显示

这种显示是通过IMAGE MASTER软件实现的，其显示的文件为通过坐标软件处理后的CL3文件。显示结果可为RGB也可为全色。

3.6 对扫描仪的精度检测

进行精度检测使用的软件也是IMAGE MASTER，选定至少两个已测出其相应坐标系的坐标值并以文本形式输入其文件中。再通过点击点云画面的相应点并进行画面检测。启动执行软件，最后会有相应的三维坐标值，及其分量差、平距差、斜距差等显示出来。如有多个点则可分别两两成对检测。此步可分别选择后、左、右三个扫描仪扫描范围内的点对其分别进行精度检测。

3.7 对后、左、右三台扫描仪垂直方向坐标系统一致性的检测

在读入三台扫描仪经过坐标转换软件将原始数据的坐标转换成等于直角坐标系坐标数据后，通过IMAGE MASTER显示右、后扫描仪扫描数据，用鼠标分别选中后、右扫描数据点，分别读取其DZ值，若小于10厘米则符合要求。

经过IP-S2相关软件处理后的点云数据，可精确地给地物（建筑物、公路、建工设施等）进行定位并清晰立体的展现地物的形状及结构，在专业软件下可量测建筑物等实物的实际尺寸和高度，为地物的成形起到了决定性的作用。