激光点云与影像点云辨析

危 迟

（武汉海达数云技术有限公司，北京 100830）

一、引 言

三维激光扫描技术是一种获取城市三维空间数据的新手段，20世纪末出现后，该技术逐渐成为摄影测量、遥感等领域的研究热点。按照载荷平台的差异，三维激光扫描主要分为地面、车载和机载3类。其中，地面激光扫描仪如国外的Faro Focos3D、国内的LS300等通常被安置在地面三脚架上，车载激光扫描仪如iScan移动测量系统等安置在汽车上，机载激光雷达主要在飞机、热气球等移动搭载平台上应用。

随着光学、电子学的不断发展，以及GPS技术、惯性导航技术、CCD影像及激光测量技术的发展与成熟，多平台和多传感器集成技术成为获取地球空间信息的一种趋势，在数据处理和应用方面，已经不是简单利用单一的点云数据或构建地面数字模型，而是向多源数据融合及更深入的应用发展。

以iScan移动测量系统为例，其装载的激光扫描传感器可实时获取路测地物的三维几何信息，360°全景相机可获取大幅面的街景信息。将影像数据和三维激光点云数据进行融合处理，得到具有真实颜色信息的地物点云信息，从而在地物识别、分类、三维建模等方面发挥重要的作用。

二、激光点云与影像点云

三维激光点云是指由三维激光扫描仪采集，在同一空间参考系下表达目标空间分布和目标表面特性的海量点集合，它具有密度大、精度高、数据量大等特点，如图1所示。

图1 激光点云——按强度渲染

三维激光扫描仪利用发生激光器对物体进行测量，直接获取物体表面的三维激光点云坐标数据，并返回地物反射信号的强度，但是难以获得地物的光谱信息，这给三维激光点云数据的处理和理解带来了很大困难。为了解决这个问题，可利用数码相机对被测物体拍摄若干照片，利用数码影像丰富的光谱信息来弥补三维激光点云的不足，将点云数据与影像数据进行配准，融合两者信息，这就是影像点云数据。图2所示为使用笔者所在单位的iScan移动测量系统获取的影像点云数据。

图2 影像点云——街景应用场景

三、对比辨析

1.采集获取

激光点云数据的采集硬件设施需要三维激光扫描仪。按照载荷平台的不同，可以分为手动式、地面站式、车载移动式及机载激光点云数据。使用三维激光扫描仪对目标进行扫描，即可完成激光点云数据采集工作。与之相比，影像点云除了需要三维激光扫描仪外，还需要相机进行光谱信息的采集，获取影像的数据。在实践过程中，一般而言，针对室内的小场景，可以使用扫描仪内置相机进行采集，也可使用外置相机配合地面激光扫描仪采集数据，如LS300地面站扫描仪；而对于室外的街景应用场景，可以使用全景相机配合车载激光扫描系统完成数据采集工作，如iScan系统使用360°高清全景相机。

2.可视表达

三维激光扫描仪对目标地物进行扫描，获取目标点的距离及反射强度值，从而进行坐标解算，获取目标表面的空间坐标，表现为三维空间中的“点云”。在计算机上进行渲染时，一般可以通过点云的强度信息、距离信息、高程信息等进行渲染，用来进行可视化表达。对于影像点云，狭义上的可视化表达一般将影像作为前景，点云作为背景，两者进行叠置显示，如百度的激光全景，其实质是影像点云的一种，提供更佳的真三维体验。

3.数据处理

激光点云数据处理过程，主要是基于点云数据的处理，包括多视测站点云数据的拼接、点云数据去噪、点云编辑、点云分类等，可使用点云预处理软件完成。预处理完成后，再根据下阶段具体应用需求（如数字测图、三维建模等）进行进一步的处理，从而获取所需的成果。影像点云需要进行影像与点云的配准工作，计算出影像数据与点云数据之间的变换参数，完成信息融合，采用点云提供精度、影像提供辨识度的方式，获取成果数据。

4.行业应用

在数字城市三维建模领域，激光点云能够从点云数据出发，重建实物的模型，提取相应的几何信息，真实地反映对象的尺寸大小，具有所见所得的量测功能。

在文化遗产保护行业应用领域，激光点云数据的应用主要有虚拟修复、文物变形监测、文物测量建模、石窟石刻文物保护测绘、馆藏文物保护与修复、大型文化遗产保护、文物体积计算、野外考古现场测量。

在地形勘测领域，主要包括地形测量、高陡边坡滑坡监测、溃坝监测和堰塞湖调查、地质和危岩体调查、岩体结构面统计、复杂挖填方工程方量计算、坝体逆向工程建模等方面，激光点云相较于影像点云更加适用。

在互联网街景地图服务应用领域，由于激光点云数据的海量性特点，以及互联网环境下数据传输的数据量要求，影像点云数据更加适用。通过一定的技术手段，将点云数据中包含的精确三维坐标信息转换成小数据量的形式，同时配合影像数据提供的直观信息，在街景地图服务应用场景下，发挥用武之地。

四、结束语

以GNSS、RS、GIS技术为代表的现代测绘科学技术，使测绘科学从理论到手段都发生了根本性变化，步入一个新阶段。三维激光扫描技术作为一种先进的测绘手段，在各个行业中的应用领域和范围正在不断扩大，其获取的激光点云数据在实际的应用场景中，根据不同的需求进行处理，可以转换成为不同数据形式。激光点云与影像点云是三维扫描技术获取的新型数据，两者并无高低优劣之分，只有适用应用场景之不同，应深入地挖掘数据的潜在信息，以便在各自的适用领域之内提供更好的服务。