利用Leica C05三维激光扫描仪和南方全站仪以多种特征的植物表面为观测目标,获取点云数据和距离参考值,研究不同植物表面的颜色、粗糙度和测站距离对点云的测距精度和激光回波强度的影响。实验结果表明:测站距离小于100 m时,扫描仪测距误差为1~5 mm,超过90 m时,测站距离每增加10 m,激光点云测距误差约增加1 mm;颜色、粗糙度和测站距离对三维激光扫描仪的激光回波强度和测距精度有影响;颜色对激光回波强度的影响较大,白色的激光回波强度最强,黑色最低,测距精度与激光回波强度有较强的相关性;植物表面粗糙度对激光回波强度的影响较低,没有明显的相关性;植物和非植物的颜色对激光回波强度的影响基本类似。

基于地面三维激光扫描仪获取树木的点云数据,提出了一种通过细化点云数据体素生成树木骨架的方法。基于树木点云数据构建体素空间,计算点云体素坐标;根据各体素中包含点云数据的统计信息进行体素噪点滤除;利用细化模板对滤除噪声的体素进行细化处理,基于细化后的体素拟合出骨架节点;根据树木在自然空间上的连通性和深度优先搜索算法连接骨架节点,生成树木骨架。利用一棵银杏树和一棵重瓣榆叶梅树对算法进行验证。采用地面三维激光扫描仪分别对这两棵树进行扫描,基于不同扫描精度的树木点云,分析了不同参数对树木骨架生成的影响。在生成银杏树骨架时,本文方法运行时间约缩短至GSA方法的1/30。而处理数据量更大的重瓣榆叶梅树点云数据时,树木骨架生成时间更是缩短至GSA方法的1/67。实验结果表明,所提算法生成的两棵树木骨架形态与树木原始点云所表现的形态结构相对一致,并且具有较好的运算效率,该算法具有一定的可行性和有效性。

基于脉冲测距原理，利用三维激光扫描仪获取不同工况下模型的点云数据，分别从定性和定量两方面对点云数据进行处理，获得了拱桥关键构件的变形信息。提出一种基于标靶点云的桥梁变形检测方法，即采用以面取点的思路，通过圆形标靶轮廓点云来拟合标靶圆心坐标，以获得构件精确的变形值。此外，利用有限元软件建立模型，将计算结果与位移计测量值、有限元模型分析的结果进行对比。结果表明：该方法结合点云获取的桥梁变形数据具有更高的精度，同时避免了单点测量难以获取结构全面变形的缺点。

提出了一种以优化点云数据中平面的平面度和平面面积为目标的内参数标定方法, 针对不同情况选用区域生长算法或改进随机采样一致性(RANSAC)算法进行平面提取, 并通过提出的单纯形和人工蜂群混合优化算法(NMS-ABC)进行参数解算, 实现了DIY系统的内参数标定.利用内参数已知的仿真数据实验验证了NMS-ABC混合算法用于内参数快速求解的有效性, 利用不同场景获取的多组实测点云数据进行了标定实验, 结果表明: 标定后的平面内点百分比和整体平面度均有所提高, 并且当平面数不少于3时标定结果更稳定可靠; 进行了点位精度测试, 经内参数标定后DIY扫描仪的点位测量精度得到提高且在不同水平角度分辨率条件下优于3 mm@4 m; 人为增大安置误差, 通过对比标定前后的点云及平面提取结果, 进一步直观验证了本文所提标定方法的正确性和有效性.

影响地面三维激光扫描点云精度的因素有很多, 它们共同存在且交互影响, 研究各因素及其交互作用对点云数量、点云反射强度和点云标准偏差的影响有利于有效地提高地面点云精度。选择目标物的颜色、粗糙度、距离作为研究对象, 利用多因素方差分析法、多元线性回归分析法, 分析了各因素及其交互作用影响的显著性, 并拟合了点云标准偏差和点云反射强度的回归方程。研究结果表明：目标物距离对点云数量的影响较大, 5 m距离的点云数量约是30 m距离的40倍, 距离与点云数量成反比; 目标物颜色对点云反射强度的影响较大, 白色最大点云强度可达0.54, 而黑色只有0.18, 点云反射强度从大到小为白色、绿色、蓝色、红色、黑色; 目标物距离对地面三维激光扫描点云标准偏差影响最大, 30 m距离的点云标准偏差是5 m距离的3倍左右, 颜色次之, 粗糙度的影响不明显, 点云标准偏差与点云反射强度具有幂函数关系。

提出了地面三维激光扫描仪与外置数码相机安置参数的高精度标定方案。首先, 利用商业化近景摄影测量系统对相机内参数进行单独标定; 然后, 利用回光反射标志作为二维和三维匹配的同名控制点, 对直接线性变换进行拓展应用, 在算法迭代过程将内参数作为已知值对外参数进行求解; 最后, 根据相机数据采集特点确定其拍摄全景时多张影像之间的位置关系, 对多张影像的外方位元素进行求解, 从而实现全景点云与全景完整影像之间的映射。进行了实验测试, 利用安置参数标定结果反求验证点像素坐标与真实测量结果之差验证了本文标定方法的精度和可行性。实验显示: 点云与影像间的映射精度可达到1像素左右; 相机拍摄全景获取的影像与全景点云可以实现正确映射, 表明提出的标定方法正确, 满足纹理贴图及将影像作为特征提取辅助信息的精度要求。

地面激光扫描仪回波强度信号不仅与地物的激光反射特性有关，还与其他因素相关，这降低了基于强度数据的地物分类结果的可靠性和精度。基于徕卡ScanStation2 型地面激光扫描仪，实验研究了仪器、距离、入射角、地物反射面特性、外界环境等因素对强度数据的影响。结果表明：强度值随距离的增大呈现先增大后减小趋势，且在距离为15 m 左右达到最大值；强度值标准差随距离的增大首先表现为振荡下降趋势，当距离大于55 m 后趋于稳定；入射角对强度数据的影响与地物本身特性（如地物的激光反射率、均质性）有关；接近激光波长的颜色和激光本身的颜色强度值大，但其强度值标准差也大；同一地物干燥时的强度值比湿润时高；外界环境对强度值影响有限。

:三维激光扫描技术是国际上近期发展的一项高新技术。随着三维激光扫描仪在工程领域的广泛应用,这种技术已经引起了广大科研人员的关注。文中介绍了三维激光扫描测量仪的工作原理,给出了处理点云数据的过程和方法,阐述了建筑物三维建模的方法,并用实例介绍了整体方法的实现过程和效果。实践结果表明,利用三维激光扫描技术获取的空间点云数据,可快速建立结构复杂、不规则的场景的三维可视化模型,既省时又省力,这种能力是现行的三维建模软件所不可比拟的。

研制了一种基于测量机器人的激光三维扫描仪,介绍了系统的测量原理,根据双三角法原理推导出物体空间三维点坐标,提出了具有一定泛化能力的神经网络系统整体标定方法,并对一茶杯盖进行了实际测量实验,测量误差小于0.1mm,实验结果验证了测量原理的有效性和系统的可靠性.