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

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、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 1926 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 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 8.2.1 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/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 50104 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 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.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。_