第三讲_地面三维激光雷达数据基础

点云信息特征
点云曲率
曲率是表征目标表面特征的重要特征，目标表面 的特征线从数学上可将其定义为沿主方向的主曲率 极值点

曲面曲率定义
过曲面S上的任意点P，作垂直于切平面的法线Pn 。通过法 线 Pn可以作无穷多个法截面，其与曲面S相交可获得许多曲线， 这些曲线在 点处的曲率称为法曲率，用 kn 表示。在P点所有 法曲率中，取两个极值的曲率(最大与最小的曲率)称为P点主
点云数据处理软件介绍
RealWorks
Survey
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软件界面
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软件功能
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点云分割
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点云量测
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点云配准
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线段拟合
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等高线生成
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点云强度伪彩色渲染
点云信息特征
点云真彩色渲染
点云法向量伪彩色渲染
点云信息特征
点云法向量
点云法向量是反映目标曲面局部切平面信息，反 映目标表面局部属性非常重要的曲面属性特征。

法向量估计
对于点云中的点 pi 以及其 K邻域点集 差矩阵 ：
Kn( pi （邻域点可通过 ) Kn( pi )
构建点的八叉树或K-D树空间查询得到），构造
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点云自动拼接
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快速表面拟合
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冲突检测
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3D建模
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其他点云处理软件
点云数据处理软件介绍
其他点云处理软件
点云定义与表达
点云表达
三维坐标空间表达
点云空间坐标表达（真彩色渲染）
点云信息特征
点云信息
构成点云的最基本单位为空间离散点以及与该点关联 的表面属性，每一个离散点至少存储了三维坐标信息， 除此之外，还可能包括如颜色，反射强度，法向量等 附加属性信息。
点云信息特征
点云特征 几何特征
点云数据存储格式
通用格式
ASC格式 ASC格式即美国标准信息交换标准码( American Standard Code for Information Interchange, ASCII )。 OBJ格式 OBJ文件是一种标准的3D模型文件格式，由AliasWavefront公司 推出，适合用于3D软件模型之间的互导。 STL格式 STL （ StereoLithography Interface Specification ）数据格式的 实质是用许多细小的空间三角形面来逼近还原CAD 实体模型， 类似于实体数据模型的表面有限元网格划分。
= K 4ac − b
2
H= a + c
点云信息特征

点云曲率估计
某人像三角网模型
平均曲率假彩色渲染
点云数据存储格式
点云文件格式
点云数据存储格式
专用格式
IMP格式 IMP数据格式是Leica Cyclone软件的专用点云数据格式。该数 据格式以数据库形式存储了所有扫描信息。 RWP格式 RWP数据格式是Trimble RealWorks Survey软件的专用点云数 据格式。该格式为一工程文件格式，实际点云数据保存在RWC 文件中。 RSP格式 RSP数据格式是Riegl公司的Riscan Pro软件的专用点云数据格 式。与RWP格式类似，为工程文件格式，实际点云数据保存在 对应的工程文件管理目录下。
点云定义与表达
点云表达
图像表达
极坐标量化强度图像 极坐标量化深度图像
点云定义与表达
点云表达
图像表达
原始点云
格网量化深度影像
格网量化密度影像
点云定义与表达
点云表达
三维坐标空间表达 通过ASCII文本（txt，asc，pts等格式）或者是其它 自定义的点云格式或者目前主流的跨平台交互格式 （ obj 、 ply 、 stl 、 iges 及 las 等格式）来进行存储与表 达。为了实现三维空间点云的表达，一般通过相应的 处理平台读取点云的坐标、强度、光谱等信息并结合 OpenGL 或 Direct3D 等渲染工具来进行点云渲染表达。
k2表示，两个主曲率方向为正交，对应于的曲率 曲率，用 k1 ，
半径分别为 R1，R2Fra bibliotek点云信息特征

点云曲率估计
建立坐标系：获取点云中某点 Pi 的邻域点集 Kn( pi ) ，估 算该点的曲面法向量 N p ，并以 Pi 为原点建立局部正交坐标 系(u, v, w) ， w 与 N p 一致， u与v在 Pi 切平面内任意确定。 坐标转换：将Kn( pi ) 中的点的坐标转换到局部坐标系 (u, v, w) 中。 拟合抛物面并计算主曲率及平均曲率：对转换后的邻域 点坐标进行抛物面模型 S (u, v) = au 2 + buv + cv 2 最小二乘拟合， 求取方程系数a ，b ，c 。则 的高斯曲率 和平均曲率 分别 为：
描述目标对象在特定坐标系下的表面几何形状，也即 测量点的三维坐标信息，以及通过坐标信息反演出来 的包括了特征点、骨架、法向量、曲率、各阶统计矩 及特征变换系数等在内的拓扑及统计属性信息。

光谱特征
通过反射强度或者是光谱属性等用来反映物体表面 材质、粗糙度、朝向等物理属性特征。
点云信息特征
点云坐标信息
纵横断面
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体积量算
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表面建模
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图像配准
点云数据处理软件介绍
输入\输出
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Cyclone
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软件界面
点云数据处理软件介绍
扫描拼接模块
点云数据处理软件介绍
测量和建模模块
第三讲
地面三维激光雷达数据基础
主要内容

点云定义与表达 点云信息特征 点云数据存储格式 点云数据处理软件介绍
点云定义与表达
点云
点云是在同一空间参考系下表达目标空间分布和目标表 面光谱特性的海量点集合，是由物体模型表面上一系列空 间采样点构成的模型几何描述，也是地面三维激光扫描数 据的通用表现形式。
的协方
C = i
p∈Kn ( pi )
∑
( p − oi )( p − oi )
t
1 = oi pi ∑ n p∈Kn ( pi
点云信息特征

法向量估计
Ci 为对称正定矩阵，其特征值向量 (λ0 , λ1 , λ2 ) 是实向量，所对 应的三个特征向量 (e0 , e1 , e2 ) 相互正交，最小特征值 λ0 所对应 的特征向量 e0即为最优拟合平面的法向量，而 e1和 e2 则是拟 合平面在点 pi 处的两个伸展方向
点云定义与表达
点云类型
散乱点云 扫描线点云 格网化点云 多边形点云
散乱点云 扫描线点云
格网化点云
多边形点云
点云定义与表达
点云表达
图像表达 通过将极坐标中的水平角和垂直角通过插值采样 对应到预定义了像素大小的二维图像的每个像素， 然后将点云不同的属性量化为图像灰度即可得到对 应的点云图像表达。若将点对应的测量距离量化为 图像灰度就得到深度图像，将激光强度量化为图像 灰度就得到强度图像。