[发明专利]基于激光遥感成像和3D打印技术的体积测量方法及系统

说明书

本发明公开了基于激光遥感成像和3D打印技术的体积测量方法及系统，通过将激光遥感成像技术和3D打印技术相结合，使用激光雷达扫描待测物获得目标三D点云数据，进一步处理获得待测物的数字表面模型，经网格化平滑后转换成可供3D打印使用的文件格式，最终通过3D打印输出模型，利用排水法间接获得打印模型体积后，按比例可间接获得被测物体的体积。本发明解决了在地理科学中复杂形态地表的人工测量方式存在测量耗时、成本高及精确度较低的问题。

技术领域

本发明涉及激光打印技术领域，尤其涉及基于激光遥感成像和3D打印技术的体积测量方法及系统。

背景技术

在地理科学中需对树木枝干及河床等体积进行测量，由于这些地物的表面形貌结构较为复杂，目前采用的人工测量方式难度较大、测量成本高且效率低下，同时测量的精确度欠佳。

目前，激光雷达测量的技术在很多的领域中都有被运用。其中，卫星、航天飞机或UAV载荷平台结合其他定位及遥感等高新技术，可进行大范围数字地表模型的高精度实时获取。特定波段下激光雷达相较光学成像具有良好穿透性，可非接触式遥测获得普通物体及林木、甚至水域等复杂地物的表面形貌，并通过回波信息可获得目标物形貌高程信息。激光雷达在地理科学垂直结构测量方面有着无可比拟的优势，可以更准确地获取大范围三维空间结构的分布特征。同时3D打印作为新兴技术，它以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过将材料进行叠加的方式来使工作台的高度进行调整，然后将零部件从虚拟的状态中制作出来，使其变成实体，其特点是采用数字化手段快速制造不同材质具有复杂结构的单件或小批量制品，使制品的生产真实的展现在人们面前。这两项技术的发展为其结合用于物体体积的测量带来可能。

发明内容

本发明为解决现有在地理科学中的人工测量方式存在测量耗时、成本高及精确度较低的问题，提供了基于激光遥感成像和3D打印技术的体积测量方法及系统。

为实现以上发明目的，而采用的技术手段是：

基于激光遥感成像和3D打印技术的体积测量方法，包括以下步骤：

S1.采用激光雷达扫描待测物并获得其激光雷达3D点云数据；

S2.根据所述激光雷达3D点云数据构建待测物的数字表面模型；

S3.导出所述数字表面模型所对应的打印文件，所述打印文件符合3D打印的文件格式要求；

S4.基于所述打印文件进行3D打印得到待测物的3D打印模型；

S5.利用间接测量法计算所述3D打印模型的体积；

S6.基于所述3D打印模型的体积按比例求得实际的待测物体积。

上述方案中，通过将激光雷达遥感成像技术与3D打印技术相结合，打印出待测物的3D打印模型，然后以一定测量方式测量打印出来3D打印模型的体积，再按比例间接求解出待测物的体积即可完成对复杂形态地物的体积测量。

优选的，所述步骤S1还包括对获得的激光雷达3D点云数据进行去噪及滤波的预处理操作，从而对激光雷达3D点云数据进行目标区域外点云滤除。在本优选方案中，由于在3D点云数据的获取过程中，激光雷达扫描系统本身或成像条件环境干扰等因素会导致点云数据中包含许多噪声点及异常点，因此需要对其进行去噪处理，该去噪处理可以直接用已有的第三方软件手动去噪。由于激光雷达扫描系统得到的3D点云数据包含地面点云及地面上的建筑物等非地面点，在构建数字表面模型前，有些场景需要消除地势影响，因此去噪之后需要对点云数据进行滤波处理以分离出地面点与非地面点。