一種快速高精度非接觸測繪古建筑的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種測繪古建筑的方法，特別是涉及一種快速高精度非接觸測繪古建筑的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]古建筑是古代人們智慧的結(jié)晶和實踐活動的產(chǎn)物，承載著豐富的歷史、文化、藝術(shù)方面的信息，是研究其所處時期的重要實物材料。古建筑是寶貴的物質(zhì)文化遺產(chǎn)，具有不可再生性，一旦遭到破壞，會造成重大損失。通過測繪完整、真實的古建筑的平面圖、立面圖、剖面圖等電子文檔，可為研究、修復(fù)、重建古建筑提供準(zhǔn)確的科學(xué)依據(jù)。
[0003]傳統(tǒng)建筑物測繪方法采用人工測量和人工繪圖，其中測量工具包括皮卷尺、鋼卷尺、軟尺、卡尺、鉛垂球、木梯等，其缺點在于測量和繪圖均手工操作，在測繪精度和工作效率上都很低，且測量過程需直接接觸待測部位，對待測部位可能造成破壞，也無法精確測繪多面幾何形體。
[0004]現(xiàn)代建筑物的測繪方法主要有全站儀離散點測量法、攝影測量法、全站儀與攝影測量集成方法、三維激光掃描方法、三維光柵掃描方法等。專利CN101908228A公開了一種用于獲得建筑立面測繪圖的數(shù)字化建筑測繪方法，介紹了激光標(biāo)線儀、攝影裝置的使用方法以及如何利用建模軟件使得建模場景與建筑部位匹配，主要實現(xiàn)外表面為單曲面幾何形體、外表面為中心軸對稱的雙曲面幾何形體的建筑部位的建筑立面測繪，但該方法形式單一、測繪對象單一，而且最終只能獲得建筑物的立面測繪圖，這不能滿足對古建筑的全方位測繪需求；專利CN103196426A公開了一種全站儀聯(lián)合三維激光掃描儀用于建筑測量的方法，介紹了全站儀和三維激光掃描儀的使用方法，解決了三維測繪速度慢、建模困難、以及多視點云數(shù)據(jù)粗配準(zhǔn)困難的問題，但該方法對高層建筑的測量不實用，對遮擋部分、殘損部分的處理也不進行考慮，同樣不能滿足對古建筑的全方位測繪需求;專利CN102735182A公開了一種利用手持測距器掃描建筑物內(nèi)輪廓的方法和裝置，該方法和裝置主要解決的是測量建筑物內(nèi)輪廓的測量問題，對建筑物的表面輪廓、局部細(xì)節(jié)、殘損部分、遮擋部分的測繪均不適用
[0005]以上各測繪方法有其優(yōu)勢，但均不適用于對古建筑的測繪，沒有綜合考慮古建筑的表面輪廓、局部細(xì)節(jié)、殘損部分或遮擋部分以及高空部分或遮擋部分的處理，且測繪精度也不能滿足古建筑測繪的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明提供一種快速高精度非接觸測繪古建筑的方法，解決現(xiàn)有測繪古建筑系統(tǒng)或方法中存在的精度低的問題。
[0007]—種快速高精度非接觸測繪古建筑的方法，包括以下步驟:
[0008]I)利用大空間三維激光掃描儀獲取古建筑表面輪廓的點云數(shù)據(jù)和全景影像，構(gòu)建古建筑的立體模型，結(jié)合建筑工法和建筑模數(shù)修正古建筑表面輪廓的尺寸和形狀；
[0009]2)利用三維光柵掃描儀獲取古建筑局部細(xì)節(jié)的精細(xì)點云數(shù)據(jù)，根據(jù)材料特征，結(jié)合古建筑工法及歷史年代建筑特點修正古建筑局部細(xì)節(jié)的尺寸和形狀；
[0010]3)利用大于或等于2000萬像素的高分辨率照相機采集古建筑殘損部分或遮擋部分的數(shù)字信息，利用基于圖像的三維測量技術(shù)和透視關(guān)系獲得古建筑的關(guān)鍵尺寸和形狀參數(shù)，運用所述關(guān)鍵尺寸和形狀參數(shù)，以及規(guī)范和工法中古建筑各部位構(gòu)件的造型線條特征，擬合出古建筑殘損部分或遮擋部分的尺寸和形狀；
[0011]4)將上述步驟測得的分塊數(shù)據(jù)進行整理，并統(tǒng)一到同一坐標(biāo)系中，拼接古建筑的全部數(shù)字點云信息；
[0012]5)根據(jù)步驟4)的全部數(shù)字點云信息和步驟3)的數(shù)字信息，獲取整個古建筑的表面輪廓和局部細(xì)節(jié)的尺寸和形狀信息，繪制古建筑復(fù)原圖紙；
[0013]6)根據(jù)步驟5)整個古建筑的表面輪廓尺寸和形狀信息構(gòu)建古建筑三維立體數(shù)字模型，結(jié)合古建筑的涂覆材料、顏色及紋路復(fù)原古建筑三維鳥瞰圖。
[0014]若古建筑的高空部分和遮擋部分由上述步驟I)?3)無法得到能達(dá)到精度要求的數(shù)據(jù)，則需在步驟4)之前需增加一步驟:利用大于或等于2000萬像素的高分辨率照相機采集高空部分或遮擋部分的點、線、面特征，結(jié)合步驟I)?3)確定的古建筑參考尺寸和形狀進行分析和確定，通過三維透視逆向，逆構(gòu)古建筑的高空部分和遮擋部分的尺寸和形狀。
[0015]上述方案中，進行步驟I)前，沿著掃描路線(I)設(shè)置至少兩組定位參考球組;每組定位參考求組中設(shè)有至少I個定位參考球小組，兩組定位參考球組的各定位參考球小組交替設(shè)置于掃描路線(I)上;沿著掃描路線(I)設(shè)置至少兩個測站;參考球小組分別設(shè)置在兩個測站之間；每個參考球小組由至少3個定位參考球組成，各定位參考球不在同一直線上；每個定位參考球至少與2個測站通視;定位參考球在濾波后的各測站的點云數(shù)據(jù)拼接時作為控制點，用于提高拼接精度;步驟I)采用高斯濾波、均值濾波、中值濾波中的一種或一種以上的降噪濾波方法;步驟I)中的建模過程包括點階段、多邊形階段和曲面階段。
[0016]上述方案中，步驟2)對獲取的點云數(shù)據(jù)進行濾波和拼接；
[0017]上述方案中，步驟3)所述高分辨率照相機大于或等于2000萬像素;所述基于圖像的三維測量技術(shù)是用雙線性插值算法插值放大待測區(qū)域，利用均值濾波消除噪聲，利用邊界改進閾值算法分割古建筑局部各部分界面線，利用形態(tài)學(xué)濾波進行邊緣處理，利用孔洞填充算法消除閾值算法中可能出現(xiàn)的孔洞，最后提取待測區(qū)域的尺寸和形狀信息。
[0018]上述方案中，在步驟3)中，大于或等于2000萬像素的高分辨率照相機使用前進行標(biāo)定，采用50mm鏡頭，根據(jù)光線調(diào)整快門速度，根據(jù)所選區(qū)域的古建筑復(fù)雜程度決定標(biāo)識板放置角度、拍照角度及拍照張數(shù)，便于測繪時的分析和計算。
[0019]上述方案中，在測繪高空部分或遮擋部分時，大于或等于2000萬像素的高分辨率照相機使用前進行標(biāo)定，采用150?500mm的變焦鏡頭，根據(jù)所選區(qū)域的古建筑復(fù)雜程度決定拍照角度和拍照張數(shù)，便于測繪時的分析和計算。
[0020]本發(fā)明的優(yōu)點與效果是:本發(fā)明有效集成了三維激光掃描、三維光柵掃描、高分辨率相機結(jié)合建模軟件測繪等現(xiàn)代測量手段，以非接觸的方式實現(xiàn)古建筑表面輪廓、局部細(xì)節(jié)、殘損部分或遮擋部分，以及高空部分或遮擋部分的精細(xì)數(shù)字化測繪，能有效、全面地獲取古建筑三維空間數(shù)據(jù)，速度快且精度高，滿足古建筑三維重建需求。
【附圖說明】
[0021]圖1為本發(fā)明的原理框圖。
[0022]圖2為本發(fā)明應(yīng)用時測站和定位參考球組的設(shè)置示意圖。
[0023]圖中標(biāo)號為:1、掃描路線;2、第一定位參考球小組;3、第二定位參考球小組。
【具體實施方式】
[0024]以下結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步說明，但本發(fā)明并不局限于這些實施例。
[0025]圖1給出了本發(fā)明的原理框圖，一種快速高精度非接觸測繪古建筑的方法，對古建筑表面輪廓、局部細(xì)節(jié)、殘損部分或遮擋部分及高空部分或遮擋部分采取了不同的測繪方式。
[0026]對于古建筑的表面輪廓，利用大空間三維激光掃描儀進行掃描，獲取其點云數(shù)據(jù)和全景影像，每一個點云數(shù)據(jù)都有一個相對的坐標(biāo)，將獲得的點云數(shù)據(jù)統(tǒng)一到同一個坐標(biāo)系下后構(gòu)建古建筑的立體模型，測繪出精度較高的表面輪廓尺寸，結(jié)合建筑工法和建筑模數(shù)修正古建筑表面輪廓的尺寸和形狀，最終得到古建筑表面輪廓的尺寸和形狀。大空間三維