Программное обеспечение RiSCAN PRO

• Сопутствующее программное обеспечение для трехмерных сканеров RIEGL LMS-Z210iii, LMS-Z390i и LMS-Z420i
• Простая процедура глобальной регистрации данных
• Визуализация и обработка данных
• Совместимость с программными продуктами пост-обработки данных

RiSCAN PRO является сопутствующим программным обеспечением для систем трехмерного лазерного сканирования серии LMS-Z производства компании RIEGL.

RiSCAN PRO является проектно ориентированным продуктом, т.е. весь объем данных, полученных в рамках одного проекта по проведению измерений, организуется и хранится в соответствии с проектной структурой RiSCAN PRO. Эти данные включают в себя сами результаты сканирования, координаты опорных точек и точек привязки, а также все трансформационные матрицы, необходимые для трансформирования данных большого числа сканов в единую заданную систему координат. Кроме того, если сканер оснащен дополнительной цифровой камерой высокого разрешения, снимки, сделанные этой камерой также обрабатываются программой RiSCAN PRO (см. описание модуля камеры). RiSCAN PRO предназначен для сокращения времени получения данных в поле, при этом предлагая средства визуальной проверки полноты данных прямо в поле в трехмерном виде. Автоматизированные сканы опорных точек (например, отражающих объектов) позволяют пользователю легко размещать данные сканирования в заранее определенной системе координат с высоким разрешением. Помимо сбора данных, RiSCAN PRO предлагает возможности для пост-обработки данных. В базовый комплект ПО входят такие функции как построение ячеек по облакам точек, представляющим данные сканирования; наделение каждого лазерного измерения информацией о цвете, создание неискаженных, а также объединенных изображений с высоким разрешением для текстурирования ячеек, прореживание облаков точек, построение объекта по облакам точек и многое другое.

Настройка параметров сканера	Просмотр детального скана

При разработке программы RiSCAN PRO с её проектной структурой и возможностью создания проектных файлов, особое внимание уделялось возможности корректной передачи данных в многочисленные программные продукты для пост-обработки (см. информацию об уже имеющихся пакетах, способных использовать проекты, созданные в среде RiSCAN PRO в разделе "Совместимость с ПО для пост-обработки данных"). Структура проектных файлов на базе XML хорошо описана и документирована, что позволяет легко получить открытый доступ ко всей проектной информации. Удобный доступ к данным сканирования также обеспечивается через приложение RiSCANLib.

Глобальная регистрация данных

ПО RiSCAN PRO предлагает пользователю простые и гибкие средства внедрения данных сканирования в глобальную систему координат. В целом все лазерные сканеры производства RIEGL обеспечивают получение данных в собственной хорошо определенной системе координат. Пользователь может определить систему координат проекта, которая внедрена в глобальную систему координат. Переход из глобальной системы координат в систему координат проекта чаще всего означает простое преобразование данных, а также, в некоторых случаях в зависимости от определения глобальной системы координат, обмен координатами для получения правосторонних систем координат с координатными значениями простой точности с целью получения объектов из облаков точек и их просмотра в трехмерном изображении.

ретроотражающие объекты	GPS-приемник, установленный на сканере

RiSCAN PRO предлагает трансформационную матрицу, а посредством ее и проектную систему координат на основе глобальных координат опорных точек.

Максимальная точность внедрения достигается за счет отражающих марок с известными координатами и получением не менее 4 точных сканирований каждой марки. Благодаря возможностям RiSCAN PRO положение сканов может регистрироваться прямо в полевых условиях, что позволяет оператору проверять статус получения данных и степень охвата данными путем построения компактных объектов из облаков точек и просмотра их трехмерного изображения.

В случаях, когда позиционирование этих опорных объектов становится неудобным, а требования к точности не являются очень строгими, положение сканера можно определять по DGPS и путем уменьшения степеней свободы до одного.

Цветное облако точек в двухмерном изображении	Общий вид трех различных трехмерных сканов с цветовой кодировкой

Панель данных с глобальными координатами	Цветное облако точек с полигонным фильтром	Текстурированная ячейка

Визуализация и обработка данных

RiSCAN PRO предлагает различные средства визуализации данных сканирования и изображений. Данные сканирования отображаются по запросу в режиме on-line при получении двухмерных или трехмерных данных. В режиме off-line визуализация сканов возможна в двухмерном или трехмерном представлении с различными дополнительными функциями цветового кодирования, включая такие параметры, как интенсивность лазерного сенсора, цветовая кодировка по дальности или высоте, цвет дополнительного канала истинного цвета. Функция трехмерной визуализации позволяет отображать как отдельные, так и группы сканов в общей координатной системе. В обоих случаях обеспечивается визуализация марок (точек привязки и опорных точек). В трехмерном режиме собственное положение сканера и его ориентация отражаются трехмерной моделью сенсора. Марки также можно отображать на зарегистрированных и калиброванных снимках, сделанных дополнительной цифровой камерой высокого разрешения и программным модулем камеры.

RiSCAN PRO позволяет автоматически выделять марки на основе данных сканов о светоотражающих объектах, а также по данным изображений и ортофотоснимкам.

Исходные данные скана можно рассматривать как организованное облако точек с дополнительными признаками (например, по интенсивности отражений). Благодаря высокой скорости получения данных трехмерными лазерными сканерами RIEGL количество получаемых точек очень велико. RiSCAN PRO предлагает фильтр для уменьшения количества точек повторных сканов и усреднения их количества по каждой компоненте трехмерного изображения. Такие усредненные облака точек весьма полезны при проверке полноты получаемых данных в полевых условиях. Данные облака точек можно окрашивать в соответствии с зарегистрированным цифровым изображением высокого разрешения. Облака точек можно разделять на облака меньших размеров для моделирования и экспорта данных.

Создание ячеек поверхности позволяет перейти от данных облаков точек к триангулированным поверхностям. Качество данных можно повысить с помощью алгоритмов "очистки" данных. Дальнейшее сглаживание и прореживание данных позволяет снизить уровень помех и уменьшить объемы данных, сохраняя при этом заранее определенный уровень точности данных.

Данные ячеек также содержат сведения об интенсивности отражения и цвете объектов, и дополнительно содержат координаты текстуры, что позволяет переводить изображения с высоким разрешением на триангулированную поверхность.

RiSCAN PRO всегда предоставляет геометрические данные, т.е. прямоугольные или полярные координаты в различных координатных системах, включая систему координат проекта и систему глобальных координат. Кроме того, можно получить дополнительную информацию об интенсивности и цвете.

RiSCAN PRO является эффективным средством создания ортофотоснимков с дополнительной информацией о глубине. Информация, извлекаемая из данных сканирования и по цифровым снимкам с высоким разрешением, позволяет создавать так называемый ортофотоснимок с реалистичным цветовоспроизведением и информацией о глубине, который затем может использоваться в системах автоматизированного проектирования для построения трехмерных изображений на основе ортофотоснимков.

Совместимость с программными продуктами для пост-обработки данных

Обработка ячеек Polyworks (отдельное ПО) http://www.innovmetric.com/	Общая обработка данных Reconstructor and Surveyor (отдельное ПО) http://www.topotek.it/	Моделирование местности Scop ++ (отдельное ПО) http://www.ipf.tuwien.as.at/
Обработка облаков точек Point Cloud (плагин для AutoCAD) http://www.kubit.de/	Создание ортофотоснимков City Grid ORTHO http://www.geodata.com/	Обработка ортофотоснимков ScanDig3D (плагин для AutoCAD) http://www.sandig3d.com/
Трехмерное картирование Phidias (плагин для Microstation) http://www.phocad.de/	Обработка ячеек QT Sculptor (отдельное ПО) http://www.polygon-technology.de/	Трехмерное моделирование Arbit (поставщик услуг) http://www.arbit3d.de/

Системные требования

Перечень технических данных RiSCAN PRO . Июнь 2004

Операционная система	Windows XP (рекомендуется), Windows NT SP4 или Win2000 SP2 или выше
Память	не менее 256 Мб ОЗУ, рекомендуется 1024 Мб или больше
Дисковое пространство	5 Гб свободных на жестком диске
Интерфейс со сканером	TCP/IP (последовательный и ECP порт)
Графика	ускоренная графика OpenGL, рекомендуется nVIDIA GeForce, GeForce 2 или лучше
Периферия	трехкнопочный манипулятор типа "мышь", рекомендуется оптический манипулятор с колесом прокрутки

Приведенные сведения являются, по мнению Reigl, точными и надежными, однако компания Riegl не принимает на себя ответственность за использование этих сведений. Технические данные могут изменяться без уведомления.

Модуль камеры

Сочетание высокопроизводительного лазерного сканера с цифровой камерой высокого разрешения образует систему измерений, дающую преимущества, как лазерного сканирования, так и фотограмметрии. Дополнительная цифровая камера высокого разрешения жестко крепится к верхней части лазерного сенсора.

Модуль камеры позволяет использовать функции ПО RiSCAN PRO, которые относятся к использованию цифровых изображений с высоким разрешением. Модуль камеры предлагает возможность получения изображения в режиме on-line, а также возможность калибровки камеры.

После получения данных сканирования RiSCAN PRO делает ряд фотоснимков, охватывающих поле зрения сканера на данном скане. Поскольку положение и ориентация камеры относительно системы координат сканера хорошо известно, каждый снимок представляет собой калиброванное и зарегистрированное изображение.

Данные изображения можно использовать для определения цвета каждой точки данных скана или для нанесения изображений в качестве текстур с высоким разрешением на ячеистую поверхность, созданную по данным скана.

Камеры калибруются в заводских условиях. В случае необходимости повторной калибровки, модуль камеры RiSCAN PRO предлагает соответствующую функцию для осуществления калибровки.

По мере того, как изображения внедряются в открытую документированную структуру проекта с документированием и обеспечением доступа ко всей информации о калибровке и регистрации изображения, эти изображения могут также использоваться в приложениях сторонних организаций, например, при проведении фотограмметрических работ.

Модуль создания реалистичных ортофотоснимков

Этот дополнительный модуль позволяет пользователю создавать реалистичные ортофотоснимки по данным сканирования и изображениям. Дополнительно модуль позволяет получать информацию о рельефности и ориентации изображения на ортофотоснимке в системе координат проекта. Эта дополнительная информация, содержащаяся в отдельном файле в документированном формате, позволяет строить трехмерные изображения по ортофотоснимкам в системах автоматизированного проектирования, например в среде AutoCAD. Пользователь получает данные, задавая ориентацию, положение, разрешение и размер ортофотоснимка с данными о глубине и выбирая нужные сканы.

Получение данных сканирования и фотосъемки с применением RiSCAN PRO и дополнительного модуля камеры	Обработка данных трехмерных ортофотоснимков	Выбор точек из данных сканирования для определения плоскости трехмерного ортофотоснимка
Интерактивное преобразование данных о конструкциях в цифровую форму	Полностью автоматизированное получение трехмерных профилей	Простое извлечение основных топологических особенностей объекта
Создание триангулированных поверхностей Наложение фотоснимков высокого разрешения на поверхность Экспорт ортофотоснимков в различные форматы растрового изображения

Комбинированный мультистанционный модуль уравнивания

Модуль комбинированного мультистанционного уравнивания в RiSCAN PRO основан на программе ORIENT, разработанной Венским Институтом фотограмметрии и дистанционного зондирования. ORIENT представляет собой программную систему, которая широко применяется для проведения точных фотограмметрических уравниваний. Основная цель комбинированного мультистанционного уравнивания заключается в том, чтобы свести к минимуму суммарную погрешность после уравнивания имеющихся в проекте данных об ориентации и положении сканера.

Одновременно можно обрабатывать данные наблюдений и/или параметров многих видов. Подгруппа функций, требующихся в контексте RiSCAN PRO, включает в себя:

1. данные наблюдений, т.е. марки в собственной системе координат сканера SOCS, точки изображения на калиброванных изображениях, опорные точки в системе координат проекта PRCS, основанных, например, на общих измерениях, осуществляемых станцией;
2. параметры, т.е. матрицы ориентации и положения сканера (координаты начала и вращения), точки объекта в PRCS и дополнительные параметры, как, например, деформация изображения, эксцентриситет установки и др.

Программа ORIENT хорошо интегрирована с RiSCAN PRO. Она использует функцию предварительного уравнивания, имеющуюся в RiSCAN PRO, которая основана на автоматическом сопоставлении положений сканов с использованием светоотражающих марок. Кроме того, модуль позволяет пользователю также включать опорные точки и точки привязки, которые появляются лишь на изображениях с высоким разрешением (например, цветные неотражающие марки) и обеспечивает средства высокоточного анализа в целях коррекции.

Особые преимущества этот модуль имеет при регистрации данных, полученных с протяженных линейных участков и/или с ряда последовательно идущих участков, или в их любых произвольных комбинациях.

Пример PRCS, GLCS и ряда SOCS на территории сканируемого здания