Skip to content
Sean Higgins 2020年12月22日 1 min read

NavVis 后处理软件提供高质量点云的6种方式

激光扫描行业通常将扫描的精度视为数据质量最为重要的因素。但想要得到测绘级别的点云,需要的不只是精准的测量数据。

在过去的五年里,NavVis 一直在不断地研发、调整和稳步改进其后期处理软件。如今,这一软件采用了各种智能技术来过滤噪点,以一流的细节重新构建表面,并应用逼真的颜色和纹理。简而言之,它产生的点云按任何标准都是高质量的。

为了说明该软件是如何工作的——以及它的与众不同之处——让我们来看看它处理原始数据以生成最终高质量点云的6种方式。

1. 它可以移除动态对象

当您将原始数据导入 NavVis 后期处理软件时,该工具首先根据角度、信号强度等属性对每个单独的点进行处理。最普遍的处理方法,也是对你的数据质量有重大影响的处理方法,是动态对象过滤器。

该过滤器可以去除在扫描过程中移动过你的视野的物体,例如行人、车辆或已经打开或关闭的门。由于这些物体并不是你想捕捉的环境的一部分,它们在点云中的存在只不过是令人烦恼、分散注意力的噪点。

NavVis 处理工具通过利用移动扫描的主要操作原理之一来纠正这一问题:该技术要求你在扫描的同时在房间里移动。

这意味着扫描仪会从多个角度捕捉各个物体。NavVis 后处理工具使用这些信息来“观察”点云中的每个点,然后计算出它是动态或静态的概率。

以下是一个简化的解释:

  • 一个点保持在同一位置时:该过滤器计算出该点很可能是一个静态物体的一部分,如墙壁。NavVis 软件保存该数据。
  • 一个点没有保持在同一位置时:该过滤器计算出该点可能是动态物体的一部分,如行人。此时,NavVis 软件会移除这一数据。

因为该软件使用了一个智能过滤器,单独检查每个点,它不会删除你真正想保留在点云中的大块数据。NavVis 对过滤器进行了调整,只去除具有非常高概率的动态对象。即使采用这种保守的方法,该工具也能从点云中去除相当多的不必要的噪点,并大大简化你的工作流程。

2. 它可以删除伪影和坏点

NavVis 软件应用一系列其他过滤器,从您的点云中去除异常值和错误的点。常用的过滤器有很多,无法逐一介绍,所以以下是一些能够从你的点云中去除的伪影例子的概览。

  • 物体边缘的噪点。也被称为“边沿”或“混合像素”,当激光扫描被分割,同时扫到物体的边缘和它后面的背景时,就造成了这个问题。由于扫描仪可以从多个角度看到该边缘,软件可以很容易地过滤掉噪点。
  • 反射物:这些是扫描仪向镜子、反射窗或一块金属发射激光时可能将其作为现实世界的物体来测量反射记录的错误点。
  • 操作员的身影:由于移动扫描仪使用多个重叠的传感器来捕捉数据,因此在后期处理之前,操作员的身影有时会在原始数据中显示出来。NavVis 软件也会将它消除。

3. 它可以重建低噪点、高细节的表面

扫描和视觉主管 Stefan Romberg 说道:“当这个复杂的过滤过程结束时,软件已经删除了所有错误的点,并保留了正确的点。”现在,该工具开始了下一阶段的处理:在保留高水平细节的同时去除传感器噪点。

这一过程要比听起来更棘手。就在三年前,NavVis 软件使用强大的过滤和平滑功能来构建尽可能无噪点的表面。但该公司很快发现,大幅度地减少噪点也会使细节变得模糊或完全消除它们。这对那些希望在数据中看到像电灯开关、喷洒器和旋钮这样的小物体的客户来说是一个难题。

因此,公司正在不断努力,在降噪和细节呈现之间取得谨慎的平衡。(实际上,从2020年开始,他们已经加倍了在这方面的努力)。今天,NavVis 表面重建技术可以接受一些噪点——但不多——让你可以看到点云中的每个细节。

dynamic-object-removal

一个移除动态对象的例子。

4. 它生成的“薄”点云易于使用

当所有的后处理和过滤都完成后,数据就接近流程的终点。在该状态下,点云是未着色的,墙壁、地板、天花板和其他表面被渲染成薄的单片。

这种“薄”点云有多种好处。

    • 由于未经处理的数据中的噪点已经减少,每个表面的“薄”线更准确地代表了实际表面
    • 这意味着你可以在表面之间进行高度精确的测量,这比用未经处理的数据所能得到的表面要精确得多。
  • “薄”的点云大大减少了点的数量,同时携带了几乎 所有与未处理数据相同的信息。
  • 文件明显变小,占更少的存储空间,并且在其他应用程序中的加载速度也得到了提高。
  • 这也使建模变得更加容易。举例来说,如果你是手动绘制平面图,就更容易看到应该从哪里开始画线。你若使用一个工具来自动建模,这些点云能使之操作更快、更便易。

值得注意的是,"薄"的点云不包括任何"图画”或“创造”的表面。你最终的点云数据将全部是根据真实的测量结果生成的,并且非常谨慎地保持了高度的精确性。换句话说,你可以知道点云呈现的是你的资产被扫描仪测量过的样子——只是经过过滤,保留了你想要的点,删除了你不想要的点。

对于那些想跳过过滤传感器噪点这一步的人来说,NavVis 软件也能为您生成点云。如果以上这些情景与你的情况相符,别着急,我们将在第6项中展开讨论。

5. 它应用了逼真的颜色和纹理

现在,数据已经被过滤了,后处理软件会将逼真的颜色和纹理应用于你的点云。

该软件将扫描期间捕获的RGB图像投射到未着色的点云数据上。这有助于将信息编码到扫描数据中,而不是纯粹的几何信息,这可以使人们更容易分辨出门在哪里,墙上是否有标志,等等。鉴于这种纹理化的价值,该过程既适用于下载到CAD、GIS、BIM和其他终端用户工具中使用的点云,也适用于最终在 NavVis IVION 中探索的数据。

数据纹理化可能比你想象中更具挑战性,因为它涉及硬件设计、校准和后处理等精密领域。下面是对在最终数据集中实现逼真纹理所需的快速概述:

  • 有效的曝光补偿:由于扫描系统的相机指向不同的方向,它们往往会以不同的曝光值拍摄同一场景。(想象你在一个走廊里:左边的相机可能照向一个黑暗的房间,而右边的相机照向一个明亮的窗户。)为了纠正这一点,后期处理软件需要调整每张图片的曝光度,使颜色和纹理完全匹配。
  • 精确的 SLAM:后期处理工具需要精确估计扫描仪捕捉每张图像时的位置,以及它的方向。这对于将图像投射到测量点上是很必要的。
  • 优良的纹理化算法:最好的结果需要亚像素级别的精度和准确性。

事实上,良好的纹理化是移动映射器总体质量的一个非常有用的指标。如果该工具能产生清晰明了的点云,纹理清晰,色彩丰富,那就说明该解决方案的硬件和软件是经过精心设计和打造的。

6. 它还为需要的人提供了一个“原始”的最终点云

正如我们之前提到的,我们上面所说的“薄”、色彩丰富的、有纹理的点云并不适合所有应用。

因此 NavVis 的软件也为用户提供最终不过滤传感器噪点的点云。当您选择该选项时,该工具会过滤您的原始数据,以去除所有的动态对象、人工制品和其他异常值,但不会过滤单个测量值——因此您会得到传感器捕获的确切数据。

这个最终的点云也未被纹理化或着色。它被呈现为强度数据,表示激光返回扫描仪时的强度。由于每一个表面都会因其颜色或材料的不同而改变激光的强度,这些信息对于确定你所扫描的环境构成非常有用。当你在黑暗的环境中扫描时,比如在没有灯光的地下室,这些点云也很有用。

对于某些建模项目,这些数据也可以使其更容易找到边缘并加快工作流程。

总结

NavVis 的解决方案旨在产生尽可能准确的数据,但他们并没有就此止步。该公司的后处理工具使用广泛的复杂技术来生成高质量的点云,从任何指标来看都是最高质量。该软件消除了错误的测量数据和错误点,应用智能过滤器来减少传感器噪点,同时保留重要的细节,并应用逼真的颜色和纹理。

通过 NavVis 的后期处理,您可以确定点云不仅是精确的,而且是真实世界的良好、可靠的反映。

立即下载

 

Sean Higgins 是一位自由的技术写作专家,曾是贸易出版物编辑,也是户外运动爱好者。他认为清晰的、无流行语的3D技术写作是一项公共服务。

avatar

Sean Higgins

Sean Higgins is an independent technology writer, former trade publication editor, and outdoors enthusiast. He believes that clear, buzzword-free writing about 3D technologies is a public service.