3sNews訊 11月24日消息，中國測繪學會2011學術年會在福州舉行。在下午進行的大會特邀報告中，中國工程院院士張祖勛做了題為《激光掃描與攝影測量》的報告。

中國工程院院士張祖勛（攝影 3sNews）

　　張祖勛院士在報告中指出，激光掃描LiDAR是集激光測距、定位、定姿、計算機技術與攝影于一體的緊密測量系統(tǒng)。與攝影測量相比，它是一種主動對地觀測系統(tǒng)，為高時空分辨率地球空間信息獲取，提供了一種全新的技術手段。它具有許多攝影測量無可比擬的優(yōu)點，例如通過激光多次回撥能夠分離DSM FE與DSM LE;通過藍綠激光較易穿透海水與紅外激光不易穿透海水的特性，可以獲取海底信息、海水深度信息等等。目前，LiDAR已經獲得基礎測繪、電力、線路、數字城市等方面的廣泛應用，但是，激光掃描也有其自身的缺點。

　　在綜合分析了LiDAR與攝影測量各自的優(yōu)缺點后，首次提出了《DiDAR攝影測量》，在不改變現有LiDAR設備配置的基礎上，將兩者有機地結合在一起。例如為將激光掃描點云與影像結合，將LAS文件改造為dpl文件;為了彌補激光點云不能發(fā)射到地理空間的線性特征上(如房屋的邊緣)，提出了激光點云與由影像提取、處理獲得的《三維線特征》相集成，彌補激光點云的不足等。

　　DiDAR攝影測量研究剛剛開始，其研究、開發(fā)還需不斷完善，但是它必將具有強大生命力。(報告概要來自中國測繪學會2011年學術年會會刊)

　　以下為文字實錄：

　　我今天做的報告是激光掃描與攝影測量，核心問題是激光掃描，為什么要把激光掃描和LiDAR結合起來?開始可能會講激光掃描，激光掃描大家都知道，光有很大的優(yōu)勢，激光雷達可用于機載、車載、地面、手持等。激光掃描和LiDAR的原理最大差距應該是LiDAR是一種主動對地觀測系統(tǒng)，而攝影測量不是主動式傳感器。

　　LiDAR的基本原理，放在機載上面，大家知道跟POS、GPS連在一起，否則的話就不可能設計成車載。在機載和車載聯動的情況下必須要有GPS。要進行掃描的話有多種方式，其中有一種不斷來回旋轉的反光鏡，還有橢圓形的掃描，還有主動式掃描，還有光纖掃描，各有各的優(yōu)缺點。激光掃描最主要的數據結果就是點云。它可以做到其他測量手段無法做好的，可以多次回波，多次回波這是其特有的優(yōu)勢。如果說我們搞普通測量或者野外測量，都很難做到這點的，這是它非常重大的優(yōu)點。

　　國產的LiDAR也有，由中科院光電所研制的，由于它的特性，它的用途非常廣。我們?yōu)槭裁匆劶す鈷呙韬蛿z影測量結合。從這張圖片可以看到這是2004年LiDAR記錄的報告，里面談到高程精度在1200米可以達到15公分，3000米可以達到30公分，我們可以估計這是在8000米，水平的記錄達到4000米，也就是從高程精度的話可以高到平面精度4倍，由于激光光斑不能全部、甚至不可能(例如房角點、房屋的邊緣)直接發(fā)射到空間上。LiDAR的處理方式，這是一個流程圖，在這邊可以看到它主要的點處理方法，為了清晰我分為兩個部分，一個是影像數據，激光數據等等，這是投影鏈，第一個處理成為首次回波，剛才談到激光掃描器可以多次回波，由原始數據處理到首次回波。我們要的DSM也好，是地面而不是房頂，更不是樹上。第二次就是DSM末次回波，一次回波假設沒有穿透的時候，二次回波要分為地面點和非地面點，這樣才有可能分出來地面點。這塊就是對應的DSM。激光掃描流程中沒有可能正射影像的生成。這個數據處理里面要把地面點和非地面點分開的話，這里面有很多區(qū)別。我想簡單給大家看看它怎么分類，非地面點包括樹頂，它首先就是講我在地面上面，假設我不可能有這么大的房子，是100米X100米，如果沒有這樣的地面的話可能會選高。這是一個斷面圖，斷面圖紅線是虛實面，白點是光的掃描點，不斷擴充的過程中間，由于房屋上面的高度不滿足剛才講的區(qū)別條件，擴展作為條件，根據角度，在擴展的過程中間如果碰到房子的高度不滿足條件，在這種情況下會凈化成擴展，這里可以看到它慢慢的擴展完以后，大家可以看到這時候它會把整個的連接去掉，這就是我們講的點面濾波。到目前為止激光掃描看起來很好，很漂亮，但是在生產過程中間可能60%的工作量還在那邊做人工編輯。這次我們江蘇省用到基礎測繪全省1：1萬的數據模型，包括我聽說河南省、山西省都在做全省的掃描。這是從化市做全市LiDAR的掃描，不僅僅用在工程上面，包括三維建模，特別值得一提的我覺得激光掃描有一個非常重要的另外的優(yōu)點，也就是它不排水，最新的激光掃描，如果說紅外波段機關掃描不可能穿透水面，藍綠波有可能穿過水體，可以知道海底的地形，這是攝影測量無法達到的。當然我們也談到它有它的特點，它的平面精度低于高程精度。

　　第二個講一下攝影測量，應該說它是涉及兩個問題，一個是它的影像和物體，幾何關系，這兩個關系大家知道少量的對應關系可以確定方位元素，可以確定密集點，可以進行測繪、三維建模，目前來講這個問題攝影測量，很快有篇文章會談到，非常現實，很容易做到的。更多的問題可能是智能化的問題，比如說激光掃描你劃出來的等高線，那對不起完全不能用，所以智能化的問題可能是會提到的。攝影機這幾年有很大的發(fā)展，包括傳統(tǒng)行業(yè)的發(fā)展，還有高性能計算的發(fā)展，還有多CPU、GPU、多核的發(fā)展。因為LiDAR是一個基礎，一個基礎大層面度，不需要成本，第二個糾正非常好，第三個就是多線匹配，第四個談到的就是GPU，使得比較復雜的軟件變得非常實際，而會對LiDAR的銷售產生一定的影響。我給大家演示一下，讓大家看一下單CPU、單核統(tǒng)計，(PPT演示)在這個地方我們可以看到在講話過程中間已經30幾萬的點已經匹配完，平均每秒一萬一千，我們學生還可以做研究，還可以做論文，還可以討論這些問題，應該了解現在國際上的發(fā)展方向。匹配完以后一共匹配了99萬4000多個點，也就是匹配了我講話的這么長時間。所以我們可以看到很多問題，什么問題呢?就是內存和磁盤交換包括GPU，激光掃描給人所產生的東西，所以我們就可以看出來它的顯示結果，這個圖片就是我剛才自動生成的點，這不是激光掃描的東西，而是攝影測量?，F在我就談以下攝影測量的變化，現在如果把點云分類的技術應用到攝影里面來，就可能產生智能的分割。

　　第三個問題就是攝影成像智能化的問題。這個照片拼完以后我們可以看只有拼接線是順著街區(qū)走。最后我介紹一下什么是LiDAR，要解決的問題就是首先要解決兩者之間的數據。目前來講LiDAR的數據大家可能知道LAS格式，這是LAS層面的，這是DPL層面的，LAS文件和DPL文件差了三倍，但是DPL幾乎不消耗內存。第二個問題是測圖，我們新的測圖應該是正的影像而不是立體影像。

　　最后我想講的問題就是激光掃描所產生的點云，我們說兩者結合不是受到排擠，也不是說我們攝影測量產生的點云不要，第二個問題就是激光掃描相機所產生的影像，也就是它在結構線，如果和激光掃描結合起來，速度可能快到一倍到兩倍，激光點云要打到目標點上，但是影像本身就在目標點上。激光雷達是一個十分有效的測量工具，其中許多特性是攝影測量無法使顯得，但是它有一定的缺點，攝影測量隨著各種各樣傳感器的發(fā)展，特別是計算機高性能計算的發(fā)展，攝影測量正在經歷新一輪的發(fā)展，攝影測量也在經歷其發(fā)展過程的變化，LiDAR攝影測量剛剛開始，其研究還不需不斷完善，它具有強大的生命力，謝謝大家!

　　(根據現場速記整理，未經演講者確認)