基于QT的機(jī)載三維激光掃描儀軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)①

王呂梁, 郭唐永, 李世鵬, 李 欣, 朱 威, 王 磊, 秦珺馨(中國(guó)地震局 地震研究所 地震大地測(cè)量重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 武漢 430071) (中國(guó)地震局 地殼應(yīng)力研究所武漢科技創(chuàng)新基地, 武漢 430071)

基于QT的機(jī)載三維激光掃描儀軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)①

王呂梁, 郭唐永, 李世鵬, 李 欣, 朱 威, 王 磊, 秦珺馨
(中國(guó)地震局 地震研究所 地震大地測(cè)量重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 武漢 430071) (中國(guó)地震局 地殼應(yīng)力研究所武漢科技創(chuàng)新基地, 武漢 430071)

隨著測(cè)繪技術(shù)的發(fā)展, 利用機(jī)載三維激光掃描儀獲取點(diǎn)云數(shù)據(jù), 從點(diǎn)云數(shù)據(jù)中提取模型信息成為現(xiàn)代測(cè)繪技術(shù)的一種發(fā)展趨勢(shì). 點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理的相關(guān)應(yīng)用也越來(lái)越多, 點(diǎn)云數(shù)據(jù)的處理軟件參差不齊, 需求和功能也各不相同. 針對(duì)上述問(wèn)題, 在基于QT編程平臺(tái)下, 利用PCL開(kāi)發(fā)機(jī)載三維激光掃描儀點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理軟件, 集中處理點(diǎn)云數(shù)據(jù). 該系統(tǒng)由點(diǎn)云數(shù)據(jù)讀寫、三維顯示、點(diǎn)云濾波、網(wǎng)格重構(gòu)、點(diǎn)拾取、點(diǎn)云分割及NARF關(guān)鍵點(diǎn)提取等功能模塊組成. 各模塊采用面向?qū)ο蟮乃枷朐O(shè)計(jì), 功能易于擴(kuò)展, 以完成進(jìn)一步的測(cè)繪工作. 實(shí)踐表明, 該系統(tǒng)具有良好的工程實(shí)用價(jià)值, 可以快速完成機(jī)載三維激光掃描儀的數(shù)據(jù)處理工作.

機(jī)載激光; 點(diǎn)云; PCL; 濾波; 網(wǎng)格重構(gòu)

三維激光掃描技術(shù)是上世紀(jì)九十年代中期開(kāi)始出現(xiàn)的一項(xiàng)高新技術(shù). 它通過(guò)激光測(cè)距的方法, 大面積地快速獲取被測(cè)對(duì)象表面的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù), 獲取點(diǎn)的空間坐標(biāo)信息, 完成三維模型或場(chǎng)景的快速重構(gòu). 三維激光掃描技術(shù)在國(guó)內(nèi)也越來(lái)越備受關(guān)注. 由于三維激光掃描儀可以密集地大量獲取目標(biāo)對(duì)象的數(shù)據(jù)點(diǎn),因此相對(duì)于傳統(tǒng)的單點(diǎn)測(cè)量, 三維激光掃描技術(shù)是一次重大的技術(shù)突破. 該技術(shù)在文物古跡保護(hù)[1]、城市三維建模[2]、工廠改造、室內(nèi)設(shè)計(jì)、交通事故處理、法律證據(jù)收集、災(zāi)害評(píng)估、環(huán)境監(jiān)測(cè)、逆向工程、3D打印、無(wú)人機(jī)等領(lǐng)域也有了諸多嘗試與應(yīng)用.

與傳統(tǒng)的測(cè)量?jī)x器相比較, 三維激光掃描儀的測(cè)量結(jié)果具有更強(qiáng)大的可視化與可操作性, 表達(dá)的信息更加具體全面, 數(shù)據(jù)以基本的三維坐標(biāo)為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)基礎(chǔ), 可附加RGB顏色信息和強(qiáng)度信息, 直觀地用三維數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示出來(lái), 可完成場(chǎng)景的實(shí)時(shí)重構(gòu)[3], 全景還原, 這些都是一些傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)無(wú)法做到的. 本文立足于機(jī)載三維激光掃描儀, 基于QT平臺(tái)和PCL(Point Cloud Library), 對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行處理, 實(shí)現(xiàn)點(diǎn)云數(shù)據(jù)的優(yōu)化處理和三維建模等相關(guān)功能.

1 系統(tǒng)方案構(gòu)建

QT是奇趣公司旗下的軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái), 它是一款優(yōu)秀的基于C++的跨平臺(tái)GUI應(yīng)用程序框架, 同時(shí)為用戶提供了良好的封裝庫(kù), 特別是使用信號(hào)/槽機(jī)制來(lái)取代回調(diào)函數(shù), 使得界面和代碼相互配合. 在界面編程中, 使用QT平臺(tái)開(kāi)發(fā)軟件非常方便[4-6].

PCL(Point Cloud Library)是一個(gè)開(kāi)源的三維點(diǎn)云處理庫(kù), 由ROS(Robot Operating System)開(kāi)源項(xiàng)目于2011年獨(dú)立而來(lái). PCL積累了大量的算法模塊, 吸收了點(diǎn)云領(lǐng)域相關(guān)研究成果而建立起的大型跨平臺(tái)開(kāi)源C++編程庫(kù), 發(fā)展迅猛. 在激光遙感測(cè)量領(lǐng)域, 相較于傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)測(cè)量方式, PCL在數(shù)據(jù)獲取和自動(dòng)化處理上有著極大的補(bǔ)充. 在普通開(kāi)發(fā)環(huán)境下, 各種算法的結(jié)果和實(shí)際結(jié)果差別甚大, 各算法的銜接性并不是特別良好, 而PCL中的強(qiáng)大模塊可以彌補(bǔ)上述缺陷, 從而更加方便地助力于點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理.

系統(tǒng)采用QT平臺(tái)搭建, 利用PCL中的VTK(Visualization Toolkit)可視化控件來(lái)顯示三維點(diǎn)云模型; 充分利用PCL中的CUDA和OpenMP技術(shù)和它的Boost指針類, 減小內(nèi)存占用量, 提高計(jì)算速度, 加快了點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理速度[7]; 利用模板類庫(kù)實(shí)現(xiàn)點(diǎn)云操作可視化等功能的無(wú)縫對(duì)接[8].

2 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

結(jié)合機(jī)載三維激光掃描儀的系統(tǒng)特點(diǎn)及其功能上的需求, 對(duì)軟件模塊結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì), 主要由數(shù)據(jù)的讀寫、點(diǎn)云數(shù)據(jù)顯示、點(diǎn)云濾波[9]、網(wǎng)格化建模[10-14]、選點(diǎn)和NARF關(guān)鍵點(diǎn)提取等功能組成. 系統(tǒng)的總體功能設(shè)計(jì)框架如圖1所示.

圖1 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)框架圖

系統(tǒng)通過(guò)串口傳輸數(shù)據(jù), 或者從掃描儀的SD卡中直接讀取掃描后的數(shù)據(jù), 導(dǎo)入軟件系統(tǒng)中, 利用點(diǎn)云庫(kù)函數(shù)進(jìn)行坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換, 統(tǒng)一成絕對(duì)坐標(biāo)系, 方便點(diǎn)云數(shù)據(jù)的可視化操作. 為了讓處理后的數(shù)據(jù)得到保存并作后期的數(shù)據(jù)處理, 軟件可以對(duì)精簡(jiǎn)后的點(diǎn)云和網(wǎng)格數(shù)據(jù)保存, 供其他功能模塊調(diào)用. 點(diǎn)云坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換后, 顯示點(diǎn)云數(shù)據(jù), 利用可視化工具控件, 對(duì)點(diǎn)云不同視圖進(jìn)行操作. 軟件中給出了八種視圖顯示模式, 用戶可根據(jù)實(shí)際需要選擇合適的視圖, 同時(shí)提供顏色選擇的功能. 利用鼠標(biāo)左鍵實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)操作, 右鍵實(shí)現(xiàn)縮放操作, 鼠標(biāo)中鍵實(shí)現(xiàn)點(diǎn)云的平移操作, 也可以利用快捷鍵R迅速切換至視圖, 快捷鍵F實(shí)現(xiàn)全屏顯示. 由于環(huán)境和儀器等因素的影響, 原始點(diǎn)云數(shù)據(jù)中存在著大量的噪聲點(diǎn), 例如離群點(diǎn)、飛點(diǎn)等, 這些點(diǎn)散布在整個(gè)點(diǎn)云空間中, 嚴(yán)重影響后期點(diǎn)云處理, 三維建模, 因此, 軟件需要對(duì)這些數(shù)據(jù)作初步的處理,對(duì)數(shù)據(jù)精簡(jiǎn)壓縮, 同時(shí)這也是特征提取、三角化曲面重建的基礎(chǔ)步驟. 點(diǎn)云濾波后, 根據(jù)網(wǎng)格重構(gòu)的相關(guān)算法, 對(duì)點(diǎn)云進(jìn)行網(wǎng)格曲面重建, 生成三角形或者立方網(wǎng)格曲面, 完成實(shí)體模型重構(gòu), 點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理的流程如圖2所示, 在應(yīng)用功能中, 提供了選點(diǎn)、關(guān)鍵點(diǎn)提取和邊界提取等功能.

圖2 點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理流程圖

選點(diǎn)操作可以讓用戶在點(diǎn)云數(shù)據(jù)中手動(dòng)選擇需要的點(diǎn), 把該點(diǎn)用不同的顏色標(biāo)識(shí)出來(lái), 從而獲取點(diǎn)的數(shù)據(jù)信息. 選點(diǎn)操作在手動(dòng)測(cè)距、手動(dòng)刪點(diǎn)、關(guān)鍵點(diǎn)獲取后的信息提取及手動(dòng)配準(zhǔn)等工作中有著重要的應(yīng)用. 從掃描儀獲取帶深度信息的點(diǎn)云數(shù)據(jù), 要從深度圖像中提取NARF(Normal Aligned Radial Feature)關(guān)鍵點(diǎn), 就要在深度圖像中提取特征穩(wěn)定的點(diǎn), 然后在特征穩(wěn)定的點(diǎn)處估算特征描述子, 接著在一個(gè)深度圖像和三維視圖中可視化這些關(guān)鍵點(diǎn)位置, 自動(dòng)標(biāo)識(shí)加粗,這些興趣點(diǎn)可加快后續(xù)處理時(shí), 識(shí)別、追蹤等算法的運(yùn)行速度.

3 關(guān)鍵技術(shù)開(kāi)發(fā)

3.1 濾波算法

軟件系統(tǒng)采用了三種濾波算法, 分別是直通濾波、體素柵格濾波及外點(diǎn)移除濾波算法. 這三種算法優(yōu)缺點(diǎn)各異, 針對(duì)不同的數(shù)據(jù)類型可選擇最優(yōu)的濾波方法, 達(dá)到濾波優(yōu)化的效果, 使點(diǎn)云分布更均勻化.

直通濾波中, 先根據(jù)Filter類構(gòu)造直通濾波器, 設(shè)置濾波器的輸入點(diǎn)云數(shù)據(jù), 然后指定點(diǎn)云過(guò)濾時(shí)的字段, 即設(shè)置濾波的方向, 通常為坐標(biāo)系的三個(gè)方向,再設(shè)置濾波字段的范圍值, 在濾波后有一個(gè)保留范圍的設(shè)置來(lái)判斷是保留設(shè)置范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)還是過(guò)濾范圍內(nèi)的數(shù)據(jù), 最后將濾波后的數(shù)據(jù)儲(chǔ)存起來(lái).

體素柵格濾波是在一個(gè)空間中設(shè)置一個(gè)微小的立方體濾波器, 給定立方體的三邊大小, 如圖3a, 立方體中散布著有限數(shù)量的點(diǎn), 用體素中所有點(diǎn)的重心P來(lái)近似顯示體素中其他點(diǎn), 替代后的效果如圖3b所示,可以使采樣點(diǎn)對(duì)應(yīng)的曲面表示得更為準(zhǔn)確, 最終體素內(nèi)的點(diǎn)都用這個(gè)重心點(diǎn)[x,y,z]來(lái)表示, 重心點(diǎn)的計(jì)算如公式(1)所示. 落在體素立方體網(wǎng)格中的點(diǎn)經(jīng)過(guò)重心替換后, 由重心點(diǎn)P來(lái)表示, 從而達(dá)到濾波精簡(jiǎn)的效果, 濾波后生成的曲面效果也更好.

圖3 體素柵格濾波示意圖

外點(diǎn)移除濾波是一種統(tǒng)計(jì)學(xué)濾波的方法, 軟件首先對(duì)每個(gè)點(diǎn)的鄰域做一個(gè)統(tǒng)計(jì)分析, 假設(shè)這些點(diǎn)符合某一種統(tǒng)計(jì)學(xué)分布, 其形狀由均值和標(biāo)準(zhǔn)差決定, 軟件計(jì)算每個(gè)點(diǎn)的鄰域點(diǎn)到它的平均距離, 平均距離在某個(gè)范圍之外的點(diǎn)會(huì)被移除, 僅保留符合分布要求的點(diǎn), 從而完成外點(diǎn)移除濾波操作.

3.2 網(wǎng)格重構(gòu)

該軟件系統(tǒng)采用了三種網(wǎng)格重構(gòu)算法, 分別是貪婪投影三角化算法、柵格投影方法和移動(dòng)最小二乘法算法.其中前兩種方法分別是三角網(wǎng)格重構(gòu)和立方體網(wǎng)格重構(gòu),最后一種方法需要結(jié)合其他方法實(shí)現(xiàn)網(wǎng)格化重構(gòu).

貪婪投影算法通過(guò)法線投影到空間的一個(gè)平面上,對(duì)該平面上的投影點(diǎn)三角化處理, 得到各點(diǎn)之間的連接關(guān)系. 在平面區(qū)域三角化的過(guò)程中使用了基于Delaunay的空間區(qū)域增長(zhǎng)算法, 如圖4中的六幅圖所示, 在K-dTree范圍內(nèi)查找, 開(kāi)始時(shí)所有點(diǎn)的為自由點(diǎn)狀態(tài), 將鄰節(jié)點(diǎn)加入三角網(wǎng)格中, 形成種子三角形,如圖4a所示. 繼續(xù)加入點(diǎn)4, 邊23和34擋住了點(diǎn)1的投影路徑, 點(diǎn)2、3、4形成了網(wǎng)絡(luò)邊緣點(diǎn), 點(diǎn)1變?yōu)檫吔琰c(diǎn)狀態(tài), 如圖4b所示. 在圖4c中, 按搜索順序取出點(diǎn)2, 加入該點(diǎn)的鄰域點(diǎn)形成三角形, 類似于點(diǎn)1,點(diǎn)2成為邊界點(diǎn), 邊緣點(diǎn)由點(diǎn)3、4、5組成. 圖4d中添加點(diǎn)3, 與周圍的鄰域點(diǎn)形成三角網(wǎng)格, 此時(shí)三角形將其完全包圍, 點(diǎn)3變成完全被包圍狀態(tài). 在圖4e中,點(diǎn)1、2、4、5、6將點(diǎn)3包圍, 成為了邊界點(diǎn), 而在圖4f中, 其他點(diǎn)發(fā)現(xiàn)自己變成了邊界點(diǎn), 沒(méi)有點(diǎn)可以繼續(xù)生成三角形, 所有的點(diǎn)會(huì)轉(zhuǎn)換成完全被包圍狀態(tài),完成了局部空間的三角網(wǎng)格生成過(guò)程. 然后在整個(gè)點(diǎn)云空間中繼續(xù)尋找其他自由狀態(tài)的點(diǎn), 依次按照上述操作, 直到網(wǎng)格生成結(jié)束, 得到一個(gè)完整的三角網(wǎng)格曲面. 最后根據(jù)投影點(diǎn)云的連接關(guān)系確定各原始三維點(diǎn)之間的連接關(guān)系, 得到空間中的三角網(wǎng)格曲面模型.

圖4 貪婪投影三角化過(guò)程示意圖

柵格投影方法主要針對(duì)帶有法線數(shù)據(jù)的點(diǎn)云, 在柵格化之前需要對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)法線估計(jì), 將帶法線點(diǎn)云數(shù)據(jù)與原始數(shù)據(jù)拼接合成, 設(shè)置鄰域搜索點(diǎn)的個(gè)數(shù)和柵格立方體的邊長(zhǎng), 根據(jù)二分法確定投影點(diǎn)的位置,利用填充區(qū)域?qū)c(diǎn)云數(shù)據(jù)作修復(fù)填補(bǔ), 最后得到空間上的三維立方體網(wǎng)格曲面.

移動(dòng)最小二乘法算法可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)云的平滑處理、數(shù)據(jù)重采樣, 并可計(jì)算優(yōu)化的法線, 輸入的是原始點(diǎn)云數(shù)據(jù), 輸出的是處理后的平滑的重采樣點(diǎn)云數(shù)據(jù). 軟件使用多項(xiàng)式對(duì)數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行擬合, 需要設(shè)置多項(xiàng)式的階數(shù), 得到一個(gè)平滑的表面函數(shù). 為了讓數(shù)據(jù)更加平滑有序, 還可以通過(guò)計(jì)算后的表面函數(shù)重新計(jì)算點(diǎn)云數(shù)據(jù)中的單個(gè)點(diǎn)的法向量. 此外還需設(shè)置搜索半徑,確定多項(xiàng)式擬合時(shí)所用的鄰域點(diǎn). 完成數(shù)據(jù)擬合后需要上采樣, 讓數(shù)據(jù)密集均勻化, 有利于網(wǎng)格生成, 三維平面上的點(diǎn)云數(shù)據(jù)擬合與法線生成過(guò)程如圖5所示.

圖5 移動(dòng)最小二乘法示意圖

3.3 應(yīng)用功能

手動(dòng)選擇點(diǎn)云中的點(diǎn), 主要通過(guò)PCL提供的選點(diǎn)回調(diào)注冊(cè)函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn), 通過(guò)聲明靜態(tài)成員函數(shù), 對(duì)鼠標(biāo)的事件進(jìn)行響應(yīng). 在選點(diǎn)操作時(shí), 獲取點(diǎn)的坐標(biāo),將選取的點(diǎn)進(jìn)行壓棧處理, 并標(biāo)記選中的點(diǎn), 傳回至注冊(cè)函數(shù)中, 最終在VTK控件界面中顯示出來(lái).

點(diǎn)云分割是將點(diǎn)云數(shù)據(jù)中的單個(gè)模型提取出來(lái),常用的算法有平面點(diǎn)云分割、歐式聚類分割和區(qū)域生長(zhǎng)分割等算法. 點(diǎn)云分割前會(huì)采用濾波算法進(jìn)行精簡(jiǎn),再利用平面擬合、聚類等方法提取點(diǎn)云模型. 用三維激光掃描儀進(jìn)行室外掃描時(shí), 會(huì)充斥著大量的噪聲點(diǎn),針對(duì)建筑模型的提取, 點(diǎn)云分割可以去除無(wú)用噪聲點(diǎn),得到基本的場(chǎng)景點(diǎn)云模型圖.

關(guān)鍵點(diǎn)也是興趣點(diǎn), 在點(diǎn)云數(shù)據(jù)中, 軟件需要找到具有穩(wěn)定特性和明顯區(qū)別性的點(diǎn)集, 與局部特征描述子一起組成關(guān)鍵點(diǎn)描述子, 常用來(lái)形成原始數(shù)據(jù)的緊湊表示, 方便后續(xù)的識(shí)別追蹤配準(zhǔn), 提高數(shù)據(jù)的處理速度, 方便后續(xù)添加功能模塊的調(diào)用.

4 軟件系統(tǒng)界面及運(yùn)行效果

系統(tǒng)界面主要由菜單、工具欄、工作區(qū)及顯示區(qū)組成, 界面最左側(cè)是工具欄, 上側(cè)是菜單欄, 其中工作區(qū)的左半欄是濾波算法區(qū), 右半欄是三角網(wǎng)格重構(gòu)算法區(qū). 實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地為武漢茶港小區(qū)附近的區(qū)域, 先利用激光掃描儀進(jìn)行探測(cè)得到原始點(diǎn)云數(shù)據(jù), 然后用該軟件對(duì)原始點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行整體顯示, 原始點(diǎn)云場(chǎng)景如圖6所示. 由于受環(huán)境中樹(shù)木、草地和路燈等物體的影響, 原始點(diǎn)云中存在著大量的噪聲點(diǎn)和孔洞, 先采取體素柵格算法對(duì)點(diǎn)云精簡(jiǎn)濾波, 再利用RANSAC算法和平面模型進(jìn)行擬合, 采用歐式聚類, 分割出點(diǎn)云中的建筑物模型, 得到附近小區(qū)的員工宿舍樓點(diǎn)云模型如圖7所示. 最后利用貪婪投影三角網(wǎng)格算法, 對(duì)分割的建筑點(diǎn)云數(shù)據(jù)模型三角化操作, 得到建筑點(diǎn)云的重建效果如圖8所示.

圖6 原始點(diǎn)云圖

圖7 聚類分割圖

5 結(jié)語(yǔ)

本文完成了基于QT的機(jī)載三維激光掃描儀軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)架構(gòu)和相關(guān)功能模塊的實(shí)現(xiàn). 由于軟件采用的PCL在點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理上的強(qiáng)大功能, 以及PCL和QT的開(kāi)源跨平臺(tái)特性, 軟件代碼可以很好地移植到不同的平臺(tái). 加之PCL強(qiáng)大高效的算法庫(kù), 還可以在此之上對(duì)系統(tǒng)功能進(jìn)行擴(kuò)展, 應(yīng)用到更多的領(lǐng)域中. 這套軟件系統(tǒng)具有良好的性能, 數(shù)據(jù)處理速度快, 能夠配合激光掃描儀進(jìn)行點(diǎn)云數(shù)據(jù)操作, 具有快速實(shí)現(xiàn)濾波和三維網(wǎng)格重建等功能, 顯示直觀, 操作簡(jiǎn)單, 為現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員操作決策提供了方便. 軟件系統(tǒng)采用VTK顯示點(diǎn)云數(shù)據(jù), 大型點(diǎn)云文件處理的速度及圖像顯示的流暢度還有待提高, 重構(gòu)后的網(wǎng)格有時(shí)會(huì)存在破洞, 這塊涉及到網(wǎng)格破洞修復(fù)相關(guān)的算法. 在后期的工作中, 還有一些功能需要完善,如配準(zhǔn)、破洞修復(fù)、體積測(cè)量和剖面切割等. 這些功能可以增強(qiáng)軟件的整體性能, 提高實(shí)用性, 使軟件在三維激光測(cè)繪、災(zāi)害評(píng)估可視化等領(lǐng)域中獲得廣泛的應(yīng)用前景.

圖8 貪婪三角網(wǎng)格化

1 孫修恩,張典華,孫昕萍.三維數(shù)字重建在青銅器修復(fù)中的應(yīng)用研究.圖學(xué)學(xué)報(bào),2014,(6):912–917.

2 黨夢(mèng)林,裴海龍.基于QT的機(jī)載三維激光地形測(cè)繪軟件構(gòu)建.計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制,2013,(4):1084–1086,1089.

3 李藝.基于單攝像頭的三維掃描系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[碩士學(xué)位論文].北京:北京交通大學(xué),2013.

4 袁媛,王延紅,江凌,林成地,王玥.基于Qt及OpenCASCADE的建模技術(shù)研究.現(xiàn)代電子技術(shù), 2013,(10):74–77.

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Software System Design of Airborne 3D Laser Scanner Based on QT

WANG Lv-Liang, GUO Tang-Yong, LI Shi-Peng, LI Xin, ZHU Wei, WANG Lei, QIN Jun-Xin1(Key Laboratory of Earthquake Geodesy, Institute of Seismology, CEA, Wuhan 430071, China)2(Wuhan Base of Institute of Crustel Dynamics, CEA, Wuhan 430071, China)

With the development of surveying and mapping technology, it has become a tendency of modern surveying and mapping technology to use airborne 3D laser scanner to obtain point cloud data, and extract the model information from the point cloud data. Relevant applications of point cloud data processing are also increased quickly, but the point cloud data processing softwares are uneven, and the demand and functions are different as well. In view of the above problems, using PCL to develop the 3D laser scanner point cloud data processing software based on the QT programming platform, the dissertation focuses on processing point cloud data in a software system. The system is composed of point cloud data reading and writing module, three-dimensional display module, point cloud filtering module, mesh reconstruction module, point picking, point cloud segmentation and NARF key points extraction functions. Each module uses the object-oriented thought, in which the function is easy to expand to complete further surveying and mapping work. Practice shows that the system has good engineering practical value and can quickly complete the data processing of airborne 3D laser scanner.

airborne laser; point cloud; PCL; filter; mesh reconstruction

2016-07-30;收到修改稿時(shí)間:2016-09-27

10.15888/j.cnki.csa.005751