DB14 T 1926—2019 石窟寺文物三维激光扫描数字化采集规程.pdf

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1、ICS 35.240.99 L 70 DB14 山西省 地方标准 DB 14/T 1926 2019 石窟寺文物三维激光扫描数字化采集 规程 2019 - 09 - 11发布 2019 - 11 - 11实施 山西省市场监督管理局 发布 DB14/T 1926 2019 I 目 次 前言 . II 1 范围 . 1 2 规范性引用文件 . 1 3 术语和定义 . 1 4 一般要求 . 2 5 采集准备 . 2 6 数据格式 . 3 7 控制测量 . 3 8 扫描流程 . 4 9 数据处理 . 5 10 成果数据 . 6 11 成果评价 . 6 DB14/T 1926 2019 II 前 言 本

2、标准按照 GB/T 1.1-2009给出的规则起草。 本标准由山西省文物局提出并监督实施。 本标准山西省文物保护标准化技术委员会（SXS/TC03 ）归口。 本标准主要起草单位：云冈石窟研究院。 本标准参与起草单位：北京建筑大学、山西云冈数字科技有限公司、大同市勘察测绘院。 本标准主要起草人：宁波、吴志群、何勇、吴邵明、周宇超、卿照、崔晓霞。 DB14/T 1926 2019 1 石窟寺文物三维激光扫描数字化采集规程 1 范围 本标准规定了石窟寺文物三维激光扫描数字化采集的术语和定义、一般要求、采集准备、数据格式、 控制测量、扫描流程、数据处理、成果数据及成果评价。 本标准适用于石窟寺文物数字

3、化采集。 2 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。 凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。 GB/T 12898 国家三、四等水准测量规范 GB/T 14950 摄影测量与遥感术语 GB/T 15314 精密工程测量规范 GB/T 17941 数字测绘成果质量要求 GB/T 18314 全 球定位系统（ GPS）测量规范 GB/T 18316 数字测绘成果质量检查与验收 GB/T 18894 电子文件归档与管理规范 GB/T 24356 测绘成果质量检查与验收 GB/T 50001 房屋建筑制图统

4、一标准 GB/T 50103 总图制图标准 (附条文说明 ) GB/T 50104 建筑制图标准 CH/T 1004 测绘技术设计规定 CH/T 9016 三维地理信息模型生产规范 CJJ/T 8 城市测量规范 CJJ/T 73 卫星定位城市测量技术规范 JJG 100 全站型电子速 测仪检定规程 JJG 2101 数字水准仪检定规程 田野考古工作规程修订版 (2009) 3 术语和定义 下列术语和定义适用于本文件。 3.1 石窟寺 依着山势，从山崖壁面向内部纵深开凿的庙宇建筑，内有造像、壁画等。 DB14/T 1926 2019 2 3.2 三维激光扫描 采用三维激光扫描仪获取物体表面高精度

5、、高分辨率的三维点云数据。 3.3 点云 以离散方式分布在三维空间中的点的集合。 3.4 点云密度 单位体积上点的平均数量。 3.5 点间距 点云中相邻两点之间的距离。 3.6 点云配准 把不同局部坐标系点云数据通过同名几何条件约束，变换到统一坐标系下，构成完整点云数据的过 程 。 3.7 数字正射影像 利用数字高程模型对扫描处理的数字化的航空像片、遥感影像（单色 /彩色），经逐个象元进行投 影差改正，再按影像镶嵌，根据图幅范围剪裁生成的影像数据。 4 一般要求 4.1 平面基准采用 2000国家大地坐标系。 4.2 高程基准采用 1985国家高程基准。 4.3 地面三维激光扫描作业及产品涉及

6、的日期采用公元纪年，时间采用北京时间 。 5 采集准备 5.1 技术设计 应符合 CH/T 1004 的规定。 5.2 仪器检校 5.2.1 三维激光扫描仪的精度指标 DB14/T 1926 2019 3 根据技术设计书的精度选择适宜的地面三维激光扫描设备，可选择单一类型扫描仪，也可多种型号 扫描仪配合使 用，地面站式三维激光扫描仪观测精度指标应满足下列要求： a) 测距精度 md 3 mm； b) 测角精度 m 6。 5.2.2 数码相机 能够正常拍摄图像，内存卡容量应充足；外置同轴相机需进行参数校正。 5.2.3 全站仪 应符合 JJG 100的规定。 5.2.4 GNSS接收设备 应符合

7、 CJJ/T 73的规定。 5.2.5 水准仪 应符合 JJG 2101的规定。 6 数据格式 应符合表 1的要求。 表 1 数据格式 数据类型 数据格式 点云 .xyz,.pts,.obj 控制点、标靶点 .txt,.pts,.ptx 纹理模型 .3ds,.obj 数字正射影像 .tiff,.jpg 视频数据 .avi,.mp4 7 控制测量 7.1 控制网布设 7.1.1 不单独布设控制网的要求 局部、小区域或单体扫描目标物，符合下列条件时可不单独布设控制网, 固定扫描目标物宜与已有 空间参考系建立联系： a) 区域面积小于 0.01 km，扫描站可以通过标靶进行闭合时； DB14/T 1

8、926 2019 4 b) 线状区域、长度在 300 m以下时； c) 扫描站数不超过 10站时。 7.1.2 控制网布设要求 a) 控制网应根据已知控制点的情况、测区内地形地貌情况、区域内扫描目标物的分布情况和不同 目标物扫描的不同精度要求，设计控制网的网形和线路走向； b) 控制网应全面 控制扫描的区域，在分区进行扫描作业时，应对各区的点云数据的配准起到联系 和控制误差传递的作用； c) 两个控制点间扫描站数应不超过 10站； d) 控制网宜沿主要道路布设，宜设计为附和线路或构成网状； e) 控制点位选定应方便标靶点的测量。 7.2 控制网观测 a) 控制测量方法。一级导线、二级 GNSS

9、 静态、四等水准； b) 导线测量、 GNSS 测量和水准测量作业应符合 CJJ/T 8 中的规定。 8 扫描流程 8.1 扫描站测设 8.1.1 扫描站布设 8.1.1.1 扫描站应该设置在视野开阔、地面稳定的安全区域 。 8.1.1.2 设计扫描站的扫描范围应覆盖整个扫描目标物，均匀布设，尽量减少设站数量 。 8.1.1.3 目标 物结构复杂、通视困难或线路拐角的情况应适当增加扫描站。 8.1.2 扫描站坐标观测 测设扫描站坐标时，应在不同控制点上测设扫描站坐标至少 2次，各次测量值平面较差不大于 2 cm， 高程较差不大于 2 cm。取各次测量平均值作为扫描站坐标。 8.2 标靶设置 8

10、.2.1 标靶布设 8.2.1.1 每一扫描站的标靶不少于 4 个。 8.2.1.2 相邻两扫描站的公共标靶不少于 3 个。 8.2.1.3 标靶应在相邻两扫描站连线的中点附近区域，均匀布置且高低错落 。 8.2.1.4 同一扫描站标靶之间的距离至少有一个不小于扫描目标物主体到扫描站的距离 。 8.2.1.5 标靶不易设置区域，可选择在点云中有明显特征的点、线等来代替标靶。 8.2.2 标靶测设 在需要借助标靶进行坐标系转换时，应在不同控制点上施测 2 次以上，各次测量最大互差不大于 2 cm，高程最大互差不大于 2 cm。取各次测量平均值作为标靶的中心坐标。 8.3 点云数据采集 DB14/

11、T 1926 2019 5 8.3.1 作业前应将仪器放置在观测环境中进行温度平衡。 8.3.2 激光扫描仪应按以下步骤操作：架设扫描站、建立扫描项目、扫描范围设置、点间距或者采集 分辨率设置、开始扫描。 8.3.3 扫描站应按顺序编号。 8.3.4 扫描点间距 2 mm。 8.3.5 整体采集分辨率较低时，应对标靶进行精扫。 8.3.6 相邻扫描站间点云数据的重叠度应不低于 30%。 8.3.7 扫描过程中仪器工作出现断电、死机等异 常或者仪器位置出现变化，应重新启动仪器进行自检、 重新开始扫描。 8.3.8 点云的覆盖率 90%。 8.4 纹理图像数据采集 8.4.1 纹理图像采集使用满足

12、分辨率要求的单反相机，单张图像相幅设置到相机的最大分辨率。 8.4.2 图像的拍摄角度应尽可能保持镜头正对目标面。无法正面拍摄全景时，先拍摄部分全景，再逐 个正对拍摄，后期再进行合成。 8.4.3 选择光线较为柔和、均匀的天气进行拍摄，避免逆光拍摄。能见度过低或光线过暗时不宜拍摄。 8.4.4 相邻照片之间应保证有不小于 30%的重叠区域。 8.4.5 采集图像时应绘制图像采集分布图。 9 数据处理 9.1 点云数据配准 9.1.1 根据不同的作业方法，可选 择应用控制点、地物特征点、标靶进行点云数据配准。 9.1.2 相邻扫描站间点云重叠度不应小于 30%。 9.1.3 采用不少于 3 个同

13、名点建立转换矩阵进行点云配准，配准后同名点的内附合精度高于点间距。 9.2 坐标系统转换 9.2.1 石窟寺文物三维扫描点云，应根据物体体量不同，选择不同坐标系统转换方式。 9.2.2 使用绝对坐标的整体转换。 9.2.3 应采用 3 个及以上、分布均匀的同名点进行坐标系转换，通过参数模型解算点云坐标系和绝对 坐标系之间的转换参数，坐标转换中误差应不大于 2 mm。 9.3 降噪与抽稀 9.3.1 点云数据中存在脱离扫描目标物的异常点、孤立点时，应视点的数量采用滤波方法或人 工手动 进行点云数据降噪处理。 9.3.2 对点云数据抽稀应符合下列规定： a) 扫描目标物表面曲率变化不大区域宜用均匀

14、抽稀，抽稀的原则满足建模时点密度要求； b) 扫描目标物表面曲率变化明显区域宜采用保持特征的抽稀，根据法向量变化和曲率识别特征区 域进行抽稀。 9.4 图像数据处理 DB14/T 1926 2019 6 具体步骤应包括图像色调调整和色彩纠偏、变形纠正、图像配准、格式转换，同时应符合下列要求： a) 图像出现曝光过度、曝光不足、阴影、相邻图像间的色差等现象时，应进行色调调整，色彩纠 偏，保持图像反差适中、色调一致； b) 因视角或镜头畸变引起变形，应对图像的变形 部分作纠正处理； c) 图像配准时，应保证图像细节表现清晰，无配准镶嵌缝隙； d) 宜将处理后的图像转换为通用的文件格式； e) 处理

15、后的图像应与实地情况相符，真实反映实际材质的图案、质感、颜色及透明度。 10 成果数据 10.1 三维模型 10.1.1 采用点云三角化的方法建立初步模型。 10.1.2 采用孔填充、边修补、简化和细化、光滑处理等技术手段对初步模型进行优化。 10.2 纹理映射 10.2.1 纹理映射的阈值（三角网模型与图像的对应点偏差值）不大于 2 mm。 10.2.2 纹理映射完成后检查图像和三角网模型的匹配质量，对于超过阈值的映射成果应重新选取同名 点对，重新纹理 映射。 10.2.3 纹理映射完成后检查图像和三角网模型的匹配质量，对于超过阈值的映射成果应重新选取同名 点对，重新纹理映射。 10.3 数

16、字正射影像 10.3.1 数字正射影像图的作业流程应包括点云正摄纠正、图像数据预处理、构建三角网、纹理映射、 图像输出、图像融合、图像裁切等过程。 10.3.2 正射影像图应无明显配准痕迹，图像色彩应接近真彩色，纹理应清晰，色调应均匀，反差应适 中。 10.3.3 图像输出应满足成果要求，分辨率不小于 150 dpi。 10.3.4 正射影像图按不同比例输出时，相邻两张图像不少于 25%的重叠区域。 10.3.5 正射影像图宜采用 TIFF格式存储。 10.4 平面图、立面图、 剖面图 10.4.1 平面图、立面图、剖面图制作应符合 GB/T 50001、 GB/T 50103、 GB/T 5

17、0104的规定。 10.4.2 剖面图宜采用点云切片方式绘制，使切片点云投影到平面，基于投影点云描绘。 10.4.3 点云采集不全或无法准确获取结构尺寸时，对目标物交接关系明确的，根据露明部分尺寸推算 隐蔽尺寸，反推算的结果应特别说明。 10.4.4 平面图、立面图、剖面图的结构尺寸应实地检核，中误差不大于 5 mm。 10.4.5 绘制某一比例尺的平面图、立面图，依据的正射影像的比例尺不小于绘制比例尺的 2 倍。 11 成果评价 11.1 点云数据按表 2点云数据检查质量元素与详查内容评价。 11.2 三维模型按表 3三维模型检查质量元素与详查内容评价。 DB14/T 1926 2019 7

18、 11.3 数字正射影像图按表 4 数字正射影像图检查质量元素与详查内容评价。 11.4 平面图、立面图、剖面图按表 5平面图、立面图、剖面图检查质量元素与详查内容评价。 11.5 评价方法应按照 GB/T 24356、 GB/T 18316 的规定进行。 表 2 点云数据检查质量元素与详查内容 质量元素 详查内容 点云覆盖情况 1.原始点云密度； 2.原始点云噪点情况； 3.原始点云点间距； 4.处理后点云密度； 5.处理后点云完整性； 6.处理后点云是否有分层，以配准精度为准。 点云着色情况 具有真实 RGB 信息 表 3 三维模型检查质量元素与详查内容 质量元素 详查内容 点云模型正确

19、性 1.点云模型单位选择： mm。 2.检查标靶点云完整性 ： a)两扫描站之间公共标靶数目； b）标靶分布情况； c）标靶拟合精度； d）扫描站间的配准精度。 3.检查点云模型的可靠性 ： a）单扫描站云数据无相对偏移； b）点云数据噪声情况 。 4.检查点云数据是否有分层 。 三角网模型正 确性 1.三角网模型的单位： mm。 2.三角网模型的空间位置是否正确，保证其与原始点云的空间位置一致 。 3.无关模型是否删除干净。即与被测物体不相关 的点云，如行人、飞鸟、标靶球等 。 4.三角网模型表面完整，无孔洞 。 5.三角网模型无重叠面。即模型无分层，无面的重叠，以避免模型显示、纹理映射时

20、出错，同时减少无用模型 。 6.三角网模型表面平滑，无钉状物 。 7.三角网模型要清晰体现被测物体的细节，保证模型的表面精度为 2 mm以。 8.带纹理三角网模型，其纹理需清晰，每 2 mm*2 mm的范围内需有一个有效像素 。 9.带纹理三角网模型，其纹理需明暗适中，不允许有接缝出现 。 10.带纹理三角网模型，其纹理需完整，不允许有空洞出现。 DB14/T 1926 2019 8 表 4 数字正射影像图检查质量元素与详查内容 质量元素 详查内容 数学精度 平面位置精度 数据及结构正确 性 1.数据组织和文件命名的正确性 。 2.数据格式的正确性 。 3.数据的坐标系统和投影的正确性 。 4

21、.原始数据使用的正确性 。 5.图像分辨率的正确性。 图像质量 1.图像色调和反差 。 2.图像清晰度和纹理表现 。 3.图像配准和接边质量 。 4.图像外观质量 (噪声、云块、划痕、斑点、污迹等 )。 5.图像色彩。 资料质量 1.元数据文件的正确性、完整性 。 2.其它文档资料的正确性、完整性。 表 5 平面图、立面图、剖面图检查质量元素与详查内 容 质量元素 详查内容 数据正确性 1. 外形结构完整、表达清楚 。 2. 文字描述准确性 。 3. 尺寸标注正确性 。 4. 比例尺正确性 。 5. 图例表达合理性 。 6. 与多项已有资料或多项设计资料矛盾情况。 数据格式 1. .dwg、 .dxf格式 。 2. .jpeg、 .tga、 .png、 .tiff等。 资料质量 1.元数据文件的正确性、完整性； 2.其它文档资料的正确性、完整性。 _