一种快速高精度非接触测绘古建筑的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种测绘古建筑的方法，特别是涉及一种快速高精度非接触测绘古建筑的方法。
【背景技术】
[0002]古建筑是古代人们智慧的结晶和实践活动的产物，承载着丰富的历史、文化、艺术方面的信息，是研究其所处时期的重要实物材料。古建筑是宝贵的物质文化遗产，具有不可再生性，一旦遭到破坏，会造成重大损失。通过测绘完整、真实的古建筑的平面图、立面图、剖面图等电子文档，可为研究、修复、重建古建筑提供准确的科学依据。
[0003]传统建筑物测绘方法采用人工测量和人工绘图，其中测量工具包括皮卷尺、钢卷尺、软尺、卡尺、铅垂球、木梯等，其缺点在于测量和绘图均手工操作，在测绘精度和工作效率上都很低，且测量过程需直接接触待测部位，对待测部位可能造成破坏，也无法精确测绘多面几何形体。
[0004]现代建筑物的测绘方法主要有全站仪离散点测量法、摄影测量法、全站仪与摄影测量集成方法、三维激光扫描方法、三维光栅扫描方法等。专利CN101908228A公开了一种用于获得建筑立面测绘图的数字化建筑测绘方法，介绍了激光标线仪、摄影装置的使用方法以及如何利用建模软件使得建模场景与建筑部位匹配，主要实现外表面为单曲面几何形体、外表面为中心轴对称的双曲面几何形体的建筑部位的建筑立面测绘，但该方法形式单一、测绘对象单一，而且最终只能获得建筑物的立面测绘图，这不能满足对古建筑的全方位测绘需求；专利CN103196426A公开了一种全站仪联合三维激光扫描仪用于建筑测量的方法，介绍了全站仪和三维激光扫描仪的使用方法，解决了三维测绘速度慢、建模困难、以及多视点云数据粗配准困难的问题，但该方法对高层建筑的测量不实用，对遮挡部分、残损部分的处理也不进行考虑，同样不能满足对古建筑的全方位测绘需求;专利CN102735182A公开了一种利用手持测距器扫描建筑物内轮廓的方法和装置，该方法和装置主要解决的是测量建筑物内轮廓的测量问题，对建筑物的表面轮廓、局部细节、残损部分、遮挡部分的测绘均不适用
[0005]以上各测绘方法有其优势，但均不适用于对古建筑的测绘，没有综合考虑古建筑的表面轮廓、局部细节、残损部分或遮挡部分以及高空部分或遮挡部分的处理，且测绘精度也不能满足古建筑测绘的要求。
【发明内容】
[0006]本发明提供一种快速高精度非接触测绘古建筑的方法，解决现有测绘古建筑系统或方法中存在的精度低的问题。
[0007]—种快速高精度非接触测绘古建筑的方法，包括以下步骤:
[0008]I)利用大空间三维激光扫描仪获取古建筑表面轮廓的点云数据和全景影像，构建古建筑的立体模型，结合建筑工法和建筑模数修正古建筑表面轮廓的尺寸和形状；
[0009]2)利用三维光栅扫描仪获取古建筑局部细节的精细点云数据，根据材料特征，结合古建筑工法及历史年代建筑特点修正古建筑局部细节的尺寸和形状；
[0010]3)利用大于或等于2000万像素的高分辨率照相机采集古建筑残损部分或遮挡部分的数字信息，利用基于图像的三维测量技术和透视关系获得古建筑的关键尺寸和形状参数，运用所述关键尺寸和形状参数，以及规范和工法中古建筑各部位构件的造型线条特征，拟合出古建筑残损部分或遮挡部分的尺寸和形状；
[0011]4)将上述步骤测得的分块数据进行整理，并统一到同一坐标系中，拼接古建筑的全部数字点云信息；
[0012]5)根据步骤4)的全部数字点云信息和步骤3)的数字信息，获取整个古建筑的表面轮廓和局部细节的尺寸和形状信息，绘制古建筑复原图纸；
[0013]6)根据步骤5)整个古建筑的表面轮廓尺寸和形状信息构建古建筑三维立体数字模型，结合古建筑的涂覆材料、颜色及纹路复原古建筑三维鸟瞰图。
[0014]若古建筑的高空部分和遮挡部分由上述步骤I)?3)无法得到能达到精度要求的数据，则需在步骤4)之前需增加一步骤:利用大于或等于2000万像素的高分辨率照相机采集高空部分或遮挡部分的点、线、面特征，结合步骤I)?3)确定的古建筑参考尺寸和形状进行分析和确定，通过三维透视逆向，逆构古建筑的高空部分和遮挡部分的尺寸和形状。
[0015]上述方案中，进行步骤I)前，沿着扫描路线(I)设置至少两组定位参考球组;每组定位参考求组中设有至少I个定位参考球小组，两组定位参考球组的各定位参考球小组交替设置于扫描路线(I)上;沿着扫描路线(I)设置至少两个测站;参考球小组分别设置在两个测站之间；每个参考球小组由至少3个定位参考球组成，各定位参考球不在同一直线上；每个定位参考球至少与2个测站通视;定位参考球在滤波后的各测站的点云数据拼接时作为控制点，用于提高拼接精度;步骤I)采用高斯滤波、均值滤波、中值滤波中的一种或一种以上的降噪滤波方法;步骤I)中的建模过程包括点阶段、多边形阶段和曲面阶段。
[0016]上述方案中，步骤2)对获取的点云数据进行滤波和拼接；
[0017]上述方案中，步骤3)所述高分辨率照相机大于或等于2000万像素;所述基于图像的三维测量技术是用双线性插值算法插值放大待测区域，利用均值滤波消除噪声，利用边界改进阈值算法分割古建筑局部各部分界面线，利用形态学滤波进行边缘处理，利用孔洞填充算法消除阈值算法中可能出现的孔洞，最后提取待测区域的尺寸和形状信息。
[0018]上述方案中，在步骤3)中，大于或等于2000万像素的高分辨率照相机使用前进行标定，采用50mm镜头，根据光线调整快门速度，根据所选区域的古建筑复杂程度决定标识板放置角度、拍照角度及拍照张数，便于测绘时的分析和计算。
[0019]上述方案中，在测绘高空部分或遮挡部分时，大于或等于2000万像素的高分辨率照相机使用前进行标定，采用150?500mm的变焦镜头，根据所选区域的古建筑复杂程度决定拍照角度和拍照张数，便于测绘时的分析和计算。
[0020]本发明的优点与效果是:本发明有效集成了三维激光扫描、三维光栅扫描、高分辨率相机结合建模软件测绘等现代测量手段，以非接触的方式实现古建筑表面轮廓、局部细节、残损部分或遮挡部分，以及高空部分或遮挡部分的精细数字化测绘，能有效、全面地获取古建筑三维空间数据，速度快且精度高，满足古建筑三维重建需求。
【附图说明】
[0021]图1为本发明的原理框图。
[0022]图2为本发明应用时测站和定位参考球组的设置示意图。
[0023]图中标号为:1、扫描路线;2、第一定位参考球小组;3、第二定位参考球小组。
【具体实施方式】
[0024]以下结合实施例对本发明作进一步说明，但本发明并不局限于这些实施例。
[0025]图1给出了本发明的原理框图，一种快速高精度非接触测绘古建筑的方法，对古建筑表面轮廓、局部细节、残损部分或遮挡部分及高空部分或遮挡部分采取了不同的测绘方式。
[0026]对于古建筑的表面轮廓，利用大空间三维激光扫描仪进行扫描，获取其点云数据和全景影像，每一个点云数据都有一个相对的坐标，将获得的点云数据统一到同一个坐标系下后构建古建筑的立体模型，测绘出精度较高的表面轮廓尺寸，结合建筑工法和建筑模数修正古建筑表面轮廓的尺寸和形状，最终得到古建筑表面轮廓的尺寸和形状。大空间三维