徠卡C10入射角度對激光點云反射強度的影響

李培顯 楊涵睿 謝宏全 孫建宇 蘆斌 汪秋玲

摘? 要：采用三維激光掃描儀獲取數據過程中，影響激光點云數據質量的因素較多，其中入射角度是主要影響因素之一。選擇江蘇海洋大學校蒼梧校區的海洋樓東側墻面上3個粗糙度不同的局部區域為研究對象，利用徠卡C10掃描儀獲取激光點云數據，采用Cyclone8.0軟件進行數據預處理，在Excel軟件中進行結果統計與分析。研究結果表明：隨著入射角度的增大，激光點云反射強度逐漸降低。

關鍵詞：激光點云數據? Cyclone? 粗糙度? 反射強度? 入射角度

中圖分類號：P225 ? ?文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2020）01（a）-0041-02

近年來，地面三維激光掃描技術發展迅速，在很多領域有廣泛的應用。三維激光掃描技術獲取的激光點云數據，除了可以反映對象的三維信息外，還可以反映掃描對象的反射強度信息。國內學者進行了相關研究，有代表性成果是：賈東峰等[1]研究了入射角度對激光點云精度的影響，夏國芳等[2]研究了激光入射角度對點云反射強度的影響。三維激光掃描儀以不同入射角掃描情況下，獲取的激光點云數據質量與反射強度的關系方面進行研究具有重要意義。

1? 激光點云數據獲取

1.1 選取研究對象

該試驗選擇江蘇海洋大學蒼梧校區的海洋樓東面3個粗糙度不同的墻面作為研究對象。用小鋼尺測得墻面面積分別為6715（85×79）cm2、2500（50×50）cm2、2492（44.5×56）cm2，離地高度分別為80cm、117.5cm和30.5cm。

1.2 激光點云數據采集

該研究數據獲取采用測繪與海洋信息學院實驗室擁有的徠卡C10掃描儀。結合墻面周圍環境的特點以及數據采集要求，分別以入射角度為80°、70°、60°、50°、40°、30°、20°、10°、0°這9個測站進行掃描。采集數據的主要操作步驟如下。

（1）以入射角度為0°即垂直于儀器所在O點為起點，用卷尺量取一定距離r處的A點作為第一個測站，用記號筆做好標記，取半徑r為6m，根據弧長計算公式（1）計算出弧長l的長度。

×π×6=1.047（m）? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （1）

在O點處用卷尺量取同樣r長度。在A點用小鋼尺量取l長度和卷尺交會出第二個測站B點。以此方法類推得到其余7個測站點（見圖1）。

（2）在每個測站點安置掃描儀（對中與整平），對掃描區域進行預掃描，以確定合理的掃描范圍，合格后可進行正式掃描，掃描分辨率設置為1mm。重復測站掃描獲得不同墻面粗糙度的不同角度掃描結果后，用U盤導出數據。

2? 激光點云數據處理

針對儀器獲取的原始激光點云數據進行預處理是重要的環節[3-4]，處理軟件是與徠卡C10掃描儀配套的Cyclone8.0。

2.1 數據預處理

在Cyclone8.0軟件中新建數據庫并導入掃描數據文件，導入成功后檢查點云數據質量。利用Cyclone軟件中提供的刪除點云工具，只保留掃描后的研究有效區域。利用軟件提供的“Unify Clouds”命令，點云間隔數值設置為0.001m，得到均一化之后的點云數據圖，粗糙墻面不同入射角度下（0°，40°，80°）均一化后的點云如圖2所示。

入射角0°入射角40°入射角80°

2.2 數據導出

把均一化后的點云數據導出所需格式的文件。此次導出*.txt格式的文件以備在Excel軟件中做進一步地分析處理。

3? 數據結果統計與分析

3.1 數據結果統計

根據三次測量得出的點云數量進行統計，結果填寫到表1。根據之前測得各面積，計算出每平方厘米中點云數量填寫到表2。根據表1和表2在Excel軟件中做出相對應的關系圖（見圖3、圖4）。

3.2 數據結果分析

（1）從表1分析出在同樣粗糙度下，隨掃描入射角度的增大，點云數量減少。粗糙墻面下以80°入射角度掃描，點云數量為124785個。以入射角度為0°掃描時，點云數量為685009個。兩者比例大約為1/6。

（2）從表2可看出以同樣的入射角度掃描同樣大小的墻面，粗糙度越小，點云數量越多。當入射角度為0°時，每平方厘米中掃描光滑墻面、較粗糙墻面和粗糙墻面得到的點云數量分別為275個、274個和102個。當入射角度為80°時，其結果分別為50個、50個和19個。

（3）根據相關數據可以直觀看出，隨著粗糙度和入射角度的增大，點云數量隨之減少。當入射角度為0°時3種粗糙度的點云數量差值近似相等，隨著入射角度的增大，差值在逐漸減小。

4? 結語

通過掃描3種不同粗糙度區域，以9個不同入射角度獲取數據，結果分析表明：點云數量與粗糙度密切有關，隨著入射角度的增大，激光點云反射強度值在降低。同時3種粗糙度點云數量之間的差值逐漸減少。

參考文獻

[1] 賈東峰，程效軍，劉燕萍.入射角度對激光點云精度的影響分析[J].工程勘察，2018（5）：43-49.

[2] 夏國芳，胡春梅，曹畢錚.激光入射角度對點云反射強度的影響研究[J].激光雜志，2016，37（4）：11-13.

[3] 王民水.中距離三維激光掃描儀點云數據獲取與處理方法研究[D].吉林大學，2017.

[4] 王井利，樊家榮.激光掃描表面特征的點云數據處理方法[J].論述，2019（4）：1-2.