，再用双线性插值算法插值放大截取的区域，使用均值滤波消除噪声，再利用边界改进阈值算法分割出古建筑局部各部分界面线，运用形态学滤波进行边缘处理，运用孔洞填充算法，消除阈值算法中可能出现的孔洞，最后提取古建筑残损部分或遮挡部分的尺寸和形状信息。该步骤得到的古建筑残损部分或遮挡部分的尺寸和形状与古建筑表面轮廓及局部细节的三维点云数据进行拼接，可以得到古建筑的完整尺寸和形状。本方法修复精度误差通常在±0.0lmm?1mm，满足古建筑测量精度要求。
[0033]对于上述步骤无法得到符合精度要求的尺寸和形状信息的高空部分或遮挡部分，采用摄影测量系统进行测绘。首先通过图像处理技术分割出各具风格的局部特征，使用摄影测量系统进行拍照和逆向，即利用大于或等于2000万像素的高分辨率照相机采集其点、线、面特征，结合古建筑表面轮廓、局部细节、残损部分或遮挡部分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或遮挡部分的尺寸和形状。进行拍照前需对高分辨率照相机进行标定，使用焦距150?500mm的变焦镜头进行拍照，高分辨率照相机首先固定于稳固的三脚架上，在自然光线较好的时段进行拍照，根据光线情况调整快门速度，但尽量避免较大阴影面，以得到清晰、轮廓明显的照片，拍照时要根据所选区域古建筑复杂程度决定拍照的角度和拍照张数，通常要与拍摄的物体有一定角度，形成透视关系，便于后续测绘的分析和计算，获得该部分古建筑尺寸和形状。此步骤得到古建筑高空部分或遮挡部分的点、线、面轮廓界线的修复精度误差通常在±0.0lmm?Imm，满足建筑测量精度要求。
[0034]将古建筑表面轮廓、局部细节、残损部分或遮挡部分及高空部分或遮挡部分这些分块数据进行整理，并统一到同一坐标系中，拼接古建筑的全部数字点云信息。
[0035]利用上述全部数字点云信息，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，并结合残损部分或遮挡部分、高空部分或遮挡部分的数字信息，按照古建筑绘图规则和精度，对古建筑的特征点进行精确的选取，描绘出特征线，从而得到相应的平面图、立面图、剖面图等二维视图。
[0036]根据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。其中，古建筑表面轮廓和局部细节的涂覆材料、颜色和纹路信息可直接获取，古建筑残损部分或遮挡部分、及高空部分或遮挡部分的涂覆材料、颜色和纹路信息可通过高清照片获取。根据构建的古建筑三维立体数字模型，可以通过3D打印机打印出高精度的古建筑模型和古建筑局部细节模型。
【主权项】
1.一种快速高精度非接触测绘古建筑的方法，包括以下步骤，其特征在于: 1)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； 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； 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； 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； 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； 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。2.根据权利要求1所述的一种快速高精度非接触测绘古建筑的方法，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，其特征在于: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。3.根据权利要求1所述的一种快速高精度非接触测绘古建筑的方法，其特征在于: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1)中的建模过程包括点阶段、多边形阶段和曲面阶段。4.根据权利要求1所述的一种快速高精度非接触测绘古建筑的方法，其特征在于:步骤2)对获取的点云数据进行滤波和拼接。5.根据权利要求1所述的一种快速高精度非接触测绘古建筑的方法，其特征在于: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。6.根据权利要求1所述的一种快速高精度非接触测绘古建筑的方法，其特征在于: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。7.根据权利要求2所述的一种快速高精度非接触测绘古建筑的方法，其特征在于: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。
【专利摘要】本发明公开了一种快速高精度非接触测绘古建筑的方法，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，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，结合建筑工法和建筑模数修正古建筑表面轮廓和局部细节的尺寸和形状；利用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，逆构其尺寸和形状；利用高分辨率照相机采集高空部分或遮挡部分的点、线、面特征，逆构其尺寸和形状；将所有测得的分块数据统一到同一坐标系中，拼接古建筑的全部数字点云信息，绘制古建筑复原图纸，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。
【IPC分类】G01C11/00, G01C15/00
【公开号】CN105627992
【申请号】CN201510996903
【发明人】孙保燕, 周贤君, 翁裕育, 程昂, 张惊涛
【申请人】桂林电子科技大学
【公开日】2016年6月1日
【申请日】2015年12月28日