點云數(shù)據(jù)格式與缺失成因分析

三維激光掃描技術(shù)點云數(shù)據(jù)格式與缺失成因分析目錄CONTENTS點云數(shù)據(jù)缺失成因分析點云數(shù)據(jù)格式簡介0102點云數(shù)據(jù)格式簡介01儀器名稱自定義格式常見的普通格式Riegl3DDASCⅡ、VRML、OBJ、DXF、PTCLeicaLeica’sX-functionDBXformatASCⅡ、LandXML、PTZ、3DD、DXFOptchIXFASCⅡ、PFTrimbleRWP、DCP、SOI、PPFPTC、TXT、CSV、DXF表1常見地面激光點云格式點云數(shù)據(jù)格式簡介三維激光掃描儀一般將數(shù)據(jù)保存為儀器自定義的數(shù)據(jù)格式,在自帶的后處理軟件中提供了對這些格式的讀寫模塊,表1是常見儀器支持的數(shù)據(jù)格式。點云數(shù)據(jù)格式與缺失成因分析地面三維激光測量技術(shù)點云文件格式點云數(shù)據(jù)格式簡介1.ASCⅡ格式文件ASCⅡ格式文件是儀器普遍采用的一種數(shù)據(jù)格式,它包括PTX、XYZ,PTS,TXT等文件格式。PTX格式適用于交換掃描點及其對應(yīng)的坐標變換,所有值都是以ASCII給出的,并且單位都采用公制。ASCII型格式數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)大致相同，其共同的優(yōu)點是:結(jié)構(gòu)簡單,讀寫容易,可以被大多數(shù)儀器和軟件支持。但是ASCⅡ型數(shù)據(jù)所占空間大,這使海量LiDAR數(shù)據(jù)的存儲和處理都比較困難.同時,該格式數(shù)據(jù)只存儲了(X,Y,Z)坐標和反射值這些基本信息,點的信息量不完整,不利于數(shù)據(jù)的應(yīng)用和信息提取。點云數(shù)據(jù)格式與缺失成因分析點云數(shù)據(jù)格式簡介2.0BJ格式的特點是：文件既可以存儲離散點，又可以記錄線，多邊形以及自由曲面的數(shù)據(jù)。明顯的形體信息和拓撲關(guān)系信息使數(shù)據(jù)便于顯示和建模。其缺點是：點的屬性信息不完整，格式的編譯和解碼比較復(fù)雜，局限了它的應(yīng)用。點云數(shù)據(jù)格式與缺失成因分析點云數(shù)據(jù)格式簡介3.PTC點云格式PTC是一種二進制的點云格式，大部分儀器可以直接導(dǎo)出PTC文件，一些軟件也可以轉(zhuǎn)換或?qū)懗鲈摳袷轿募Ｎ募粌H保存了三維坐標信息，還存儲了高分辨率的數(shù)據(jù)對應(yīng)圖像的像素信息，同時比ASCⅡ格式存儲更簡潔。從而保證了點云數(shù)據(jù)AutoCAD中的導(dǎo)入、顯示與繪制都很高效。缺點是：數(shù)據(jù)的導(dǎo)出需要先收集所有掃捕點，然后開始寫入文件，因此，內(nèi)存需求可能會很大。點云數(shù)據(jù)格式與缺失成因分析點云數(shù)據(jù)格式簡介4.DXF格式這是一種描述CAD數(shù)據(jù)的ASCⅡ格式文件。掃描數(shù)據(jù)在保存為DXF文件后，可直接在AutOCAD中顯示與建模。CSV表單文件是一種數(shù)據(jù)中間以空格隔開的文件格式，具有轉(zhuǎn)換容易的特點。但存儲對內(nèi)存空間要求太。LandXML是一種包含空間拓撲信息的文件，適用于保存具有地理信息、交通和建筑等空間信息的數(shù)據(jù)。點云數(shù)據(jù)格式與缺失成因分析點云數(shù)據(jù)缺失成因分析02點云數(shù)據(jù)缺失成因分析采集數(shù)據(jù)過程中，由于搭載平臺限制、掃描對象局部遮擋等原因引起的點云數(shù)據(jù)不完整情況，稱為點云數(shù)據(jù)缺失。點云數(shù)據(jù)缺失現(xiàn)象不僅影響了數(shù)據(jù)的完整性，還將影響三維模型重建、局部空間信息提取等后續(xù)數(shù)據(jù)處理工作。點云數(shù)據(jù)格式與缺失成因分析點云數(shù)據(jù)缺失成因分析1.鏡面反射缺失激光投射到玻璃、鏡子等一些表面光滑或其表面粗糙度無法構(gòu)成漫反射現(xiàn)象的物體時，激光產(chǎn)生鏡面反射，導(dǎo)致激光掃描儀無法接受回波，由此產(chǎn)生的數(shù)據(jù)缺失現(xiàn)象稱為鏡面反射缺失。這類缺失主要分布于城市建筑物表面的干凈透明窗戶，玻璃幕墻裝飾等，玻璃幕墻是造成點云數(shù)據(jù)缺失的較為普遍的原因。點云數(shù)據(jù)格式與缺失成因分析點云數(shù)據(jù)缺失成因分析2.外物遮擋缺失建筑物周圍的樹木、行人，車輛會遮擋住激光，使得激光在沒有到達待測物體表面時便返回，由此引起的主要被測物體點云數(shù)據(jù)缺失稱為外物遮擋缺失。這一類缺失面積大，分布廣泛且不均勻。外物遮擋缺失也是主要的點云數(shù)據(jù)缺失類型，特別是在城市復(fù)雜環(huán)境下，很難做到建筑物周圍無任何遮擋，因此極易產(chǎn)生此類缺：外物遮擋缺失的缺失邊界一般為不規(guī)則幾何面，與鏡面缺失不同，外物遮擋缺失區(qū)域紋理復(fù)雜，缺失鄰域紋理結(jié)構(gòu)特征基本喪失，可使用多站多角度互補掃描修補缺失區(qū)域或采用全回波激光掃描儀采集數(shù)據(jù)，因此可修復(fù)性高。點云數(shù)據(jù)格式與缺失成因分析點云數(shù)據(jù)缺失成因分析3.自遮擋缺失建筑物的姿態(tài)千變?nèi)f化，然而其基本構(gòu)架是不變的，即由多個不同的面構(gòu)成的多面體在掃描作業(yè)時，面與面之間易形成遮擋，這樣形成的點云缺失稱為自遮擋缺失。自遮擋缺失與外物遮擋缺失類似，都屬于遮擋類的缺失。這一類點云數(shù)據(jù)缺失常見于成角度的墻面與墻面之間，分布于建筑物的各個角落中。由于建筑物本身一般較規(guī)則，因為自遮擋產(chǎn)生的缺失邊界一般也為規(guī)則幾何面，缺失區(qū)域紋理簡單，只包含一種物體或少量物體，缺失區(qū)域鄰域紋理保留幾何結(jié)構(gòu)特征，可修復(fù)性高一般通過多站多角度互補掃描修補缺失區(qū)域。點云數(shù)據(jù)格式與缺失成因分析點云數(shù)據(jù)缺失成因分析4.細節(jié)缺失建筑物的樓梯扶手，窗戶的窗框等部位相對于其他部分，表面積小，當激光到達這些細小部分時”常常會困為角度分辨率低而無法被掃描對象反射，從而產(chǎn)生數(shù)據(jù)缺失，稱為細節(jié)缺失。在城市三維重建中，建筑物樓梯的扶手，陽臺的欄桿、窗框，復(fù)雜的幕墻裝飾等細節(jié)部分常會發(fā)生數(shù)據(jù)缺失，這一類缺失一般只包含一種物體，缺失紋理具有重復(fù)性，因此可利用基于樣本的修復(fù)方法修復(fù)這一類缺失，可修復(fù)性較高，而其缺失區(qū)域鄰域信息則基喪失。點云數(shù)據(jù)格式與缺失成因分析點云數(shù)據(jù)缺失成因分析5.掃描盲區(qū)缺失地面三維激光掃描儀的水平掃描角度一般可以達到360°，然而豎直方向還達不到全掃描的程度。因平臺條件限制，無法進行掃描產(chǎn)生的數(shù)據(jù)缺失稱為掃描盲區(qū)缺失。建筑物的屋頂是最為常見的地面三維激光掃描盲區(qū)。建筑物的屋頂部分數(shù)據(jù)缺失即為此類缺失。掃描盲區(qū)缺失是一類特殊的缺失類型，缺失區(qū)域幾何形態(tài)及紋理復(fù)雜，可使用多源數(shù)據(jù)，如機載LiDAR數(shù)據(jù)、立體遙感影像數(shù)據(jù)修補缺失區(qū)域。點云數(shù)據(jù)格式與缺失成因分析點云數(shù)據(jù)缺失成因分析6.激光吸收缺失當激光傳播至物體表面時，反射率越高的物體，反射的激光信號越多，強度越高，困此點云越密集。當反射的激光信號少時，反射的激光不足以計算測距值，從而產(chǎn)生數(shù)據(jù)缺失，此類缺失稱為激光吸收缺失。因掃描儀的波長不同，對不同的材質(zhì)激光反射率不同，并且差異較太。水體部分極易產(chǎn)生據(jù)缺失。激光吸收缺失同掃描盲區(qū)缺失相同，屬特殊缺失類型，缺失對象特性明