機載LiDAR係統原理與點雲處理方法 電子與通信 書籍 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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齣版社： 煤炭工業齣版社

ISBN：9787502058098

商品編碼：29359091683

商品基本信息，請以下列介紹為準
商品名稱：	機載LiDAR係統原理與點雲處理方法 電子與通信 書籍
作者：	李峰，劉文龍主編
定價：	32.0
齣版社：	煤炭工業齣版社
齣版日期：
ISBN：	9787502058098
印次：
版次：
裝幀：
開本：	小16開

內容簡介

本書共13章，主要內容包括：機載LiDAR係統的發展與應用、機載LiDAR係統的原理、機載LiDAR點雲的獲取與處理、LAS格式與全波形、LiDAR點雲結構與可視化、點雲配準、點雲濾波方法、詳建築物3D模型重建、道路網提取等。

空間感知新紀元：從遙感到三維建模的進階之路 隨著科技的飛速發展，我們正步入一個信息爆炸的時代。在這一浪潮中，對我們所處的三維空間進行精準、高效的認知和錶達，已成為推動社會進步、行業革新的關鍵。從精準農業到智慧城市建設，從地質勘探到文化遺産保護，再到自動駕駛汽車的導航係統，對高精度三維地理信息的獲取和處理需求日益迫切。傳統的二維地圖和攝影測量技術在某些方麵已顯不足，亟需能夠穿透障礙、直接獲取三維坐標的新型測量手段。 本書旨在深入探討這一新興領域的核心技術與前沿應用，聚焦於如何利用先進的遙感手段，將現實世界的復雜三維形態轉化為可供分析、建模和應用的海量數據。我們將追溯這項技術的演進曆程，解析其背後的物理原理，並全麵闡述如何將原始測量數據轉化為具有實際價值的三維信息。 第一章 遙感成像的物理基礎與發展曆程 在進入具體技術細節之前，理解遙感成像的根本原理至關重要。本章將從電磁波與物質相互作用的基礎物理學齣發，闡述不同波段的電磁波（如可見光、紅外綫、微波等）在探測地物信息時所展現齣的獨特性質。我們將詳細介紹反射、透射、散射、吸收等物理過程，以及這些過程如何影響我們接收到的信號。 隨後，我們將迴顧遙感技術的發展脈絡。從早期基於可見光的光學遙感，到利用紅外綫探測溫度差異，再到微波遙感穿透雲層和黑暗的能力，每一項技術的突破都極大地拓展瞭我們獲取地球信息的維度。本章還將簡要介紹不同遙感平颱，如衛星遙感、航空遙感，以及它們在空間分辨率、覆蓋範圍和獲取方式上的差異，為後續章節的討論奠定堅實的基礎。 第二章 高精度三維測量的核心原理：時間飛行（Time-of-Flight）與相位差 本書的重點之一在於介紹獲取三維數據的核心技術。我們將著重剖析“時間飛行”（Time-of-Flight, ToF）原理，這是目前許多高精度三維測量係統中普遍采用的測量手段。該原理基於光速恒定的物理定律，通過測量激光脈衝從發射到被目標物體反射並被接收所需的時間，進而計算齣傳感器與目標之間的距離。我們將深入探討激光脈衝的産生、傳播、反射以及接收過程中的關鍵要素，包括脈衝寬度、能量、波長選擇等，以及它們對測量精度和數據質量的影響。 此外，本章還將介紹另一種重要的測量原理——“相位差法”。與ToF法相比，相位差法通常利用連續調製的光波，通過測量發射光波與接收迴波之間的相位差來確定距離。我們將詳細講解其工作機製，並分析在不同環境和應用場景下，ToF法與相位差法各自的優缺點和適用範圍。理解這些核心原理，是掌握後續數據處理技術的前提。 第三章 傳感器係統與數據采集：硬件構成與關鍵技術 要實現高精度三維測量，精密的傳感器係統是必不可少的。本章將詳細介紹構成此類遙感係統的關鍵硬件組件。我們將從激光器的類型、性能參數（如波長、功率、重復頻率、脈衝寬度）入手，分析其對測量精度、探測距離和數據密度影響。接著，我們將深入探討接收器的關鍵技術，包括探測器的類型（如APD、SPAD）、靈敏度、響應速度以及噪聲抑製機製。 光學係統的設計，包括鏡頭、掃描鏡、濾光器等，也對最終數據的質量起著決定性作用。本章將闡述這些組件的功能及其對光信號的收集和聚焦能力的影響。此外，我們還將討論慣性測量單元（IMU）和全球導航衛星係統（GNSS）在定位和定嚮中的關鍵作用，它們如何與激光掃描儀協同工作，為每個測量點提供精確的三維空間坐標。最後，本章將介紹不同類型的傳感器平颱，如掃描式、脈衝式，以及它們在數據采集效率和覆蓋範圍上的差異。 第四章 點雲數據：三維信息的載體與初步處理 激光掃描等技術産生的數據形式通常是“點雲”（Point Cloud），即海量三維坐標點的集閤。本章將重點介紹點雲數據的基本特性、存儲格式以及初步的處理流程。我們將詳細說明每個點包含的信息，通常是其三維坐標（X, Y, Z），以及可能包含的反射強度、顔色信息（RGB）等。 點雲數據的初步處理是後續高級分析的基礎。本章將涵蓋諸如噪聲去除、異常值檢測和點雲濾波等關鍵技術。我們將介紹常用的濾波算法，如統計濾波（Statistical Outlier Removal）、半徑濾波（Radius Outlier Removal）等，並分析它們在不同噪聲場景下的效果。此外，點雲的下采樣（Downsampling）技術，如體素網格下采樣（Voxel Grid Downsampling）和隨機采樣（Random Sampling），也是提高處理效率和減少冗餘數據的常用方法，本章也將對其進行詳細講解。 第五章 點雲數據的組織與錶示：結構化與特徵提取 原始的點雲數據往往是無序的、稀疏的，要有效地進行分析和建模，就需要對其進行組織和結構化。本章將深入探討點雲數據的組織方式。我們將介紹基於體素（Voxel）的錶示方法，如何將三維空間劃分為網格，並將點雲數據映射到體素中，從而實現空間索引和數據壓縮。 此外，本章還將聚焦於點雲數據的特徵提取。特徵描述是理解點雲幾何形狀和語義信息的重要途徑。我們將介紹局部特徵提取方法，如法嚮量估計（Normal Estimation）、麯率估計（Curvature Estimation）等，以及它們如何捕捉點雲的局部幾何屬性。同時，我們還將探討全局特徵描述符，如快速點特徵直方圖（Fast Point Feature Histograms, FPFH）、視點特徵直方圖（Viewpoint Feature Histograms, VFH）等，它們如何描述整個點雲的全局形狀，為點雲匹配和識彆奠定基礎。 第六章 點雲配準：融閤多源三維數據的關鍵 在實際應用中，往往需要將來自不同傳感器、不同時間、不同視角的點雲數據進行融閤，以構建更完整、更精細的三維模型。本章的核心內容是點雲配準（Point Cloud Registration），這是實現數據融閤的關鍵技術。 我們將介紹點雲配準的兩種主要方法：基於特徵的配準和基於迭代最近點（Iterative Closest Point, ICP）的配準。對於基於特徵的配準，我們將講解如何提取穩定的點雲特徵（如關鍵點、描述符），並利用這些特徵進行初步匹配和姿態估計。而ICP算法則是實現點雲精確對齊的經典方法，本章將詳細闡述其基本原理、不同變種（如Point-to-Point ICP, Point-to-Plane ICP）及其優化策略，並分析其在不同條件下的收斂性和魯棒性。 第七章 點雲分割與分類：提取目標對象與語義信息 從龐大的點雲數據中識彆和分離齣具有特定語義的對象，是實現三維場景理解和應用的重要一步。本章將深入探討點雲分割（Segmentation）與分類（Classification）技術。 我們將介紹多種分割方法，包括基於聚類的方法（如DBSCAN）、基於區域生長的方法（Region Growing）以及基於模型擬閤的方法（如RANSAC用於平麵分割）。這些方法能夠幫助我們將點雲劃分為不同的對象或錶麵。 隨後，我們將重點介紹點雲分類技術，即為分割齣的點雲或整個點雲賦予語義標簽，例如將點雲識彆為“建築”、“道路”、“植被”等。我們將討論基於傳統手工特徵的分類方法，以及近年來發展迅速的基於深度學習的點雲分類模型，如PointNet、PointNet++、DGCNN等。這些深度學習模型能夠自動學習點雲數據的空間特徵，從而實現高精度的語義識彆。 第八章 點雲可視化與建模：構建逼真的三維場景 經過處理和分析的點雲數據，需要通過可視化和建模技術，纔能以直觀的方式呈現給用戶，並用於進一步的應用。本章將介紹點雲數據的可視化方法。我們將探討如何將海量點雲數據渲染成逼真的三維場景，包括材質、光照、陰影等效果的模擬。 在此基礎上，本章還將介紹點雲到三維模型的轉換技術。我們將講解如何利用點雲數據生成錶麵模型，如三角網格模型（Mesh Reconstruction），以及如何進行紋理映射，以創建高度逼真的三維模型。常用的建模技術如泊鬆錶麵重建（Poisson Surface Reconstruction）和Alpha Shape等也將得到詳細介紹。這些三維模型可以廣泛應用於虛擬現實、增強現實、城市規劃、數字孿生等領域。 第九章 應用領域與發展趨勢：賦能各行各業的未來 本書的最後一章將目光投嚮遙感三維測量技術的廣闊應用前景及其未來的發展趨勢。我們將列舉並深入分析該技術在各個領域的實際應用案例，例如： 智慧城市與規劃： 利用高精度三維模型進行城市三維建模、數字孿生城市建設、基礎設施監測與管理、應急響應等。 自動駕駛與機器人導航： 為自動駕駛車輛提供精確的環境感知和路徑規劃，為機器人提供導航和避障能力。 自然資源與環境保護： 進行地質勘探、礦産資源評估、森林資源監測、水文地質調查、災害（如滑坡、洪水）監測與評估。 文化遺産保護與數字化： 對曆史建築、文物進行高精度三維掃描和數字化存檔，為研究、修復和展示提供依據。 工業與工程： 在建築、橋梁、工廠等大型工程的施工、監測、質量控製和後期維護中發揮作用。 農業： 精準農業中的農田監測、作物生長分析、病蟲害識彆等。 最後，我們將展望該領域未來的發展趨勢，包括傳感器技術的進步（如更高分辨率、更廣覆蓋範圍、更低成本）、數據處理算法的優化（如實時處理、更大規模點雲的處理）、多模態數據融閤（結閤攝影測量、SAR等）、以及與人工智能、物聯網等前沿技術的深度融閤，共同塑造更加智能、互聯的未來空間感知新紀元。 本書力求以係統、深入、清晰的視角，為讀者構建一個關於高精度三維遙感測量與點雲處理的知識體係，幫助您理解這項技術的核心原理、掌握關鍵處理方法，並啓發您在各個領域探索其創新的應用。

評分☆☆☆☆☆

從閱讀體驗來看，作者的文字風格是那種帶著溫度的冷靜，非常適閤嚴肅的技術閱讀。他沒有使用過於華麗或煽情的辭藻，而是用精準、剋製的語言來描繪復雜的技術圖景。這種精確性確保瞭信息傳遞的無損耗，避免瞭因歧義而産生的誤解。尤其是在涉及諸多技術術語和專有名詞時，作者的處理方式非常得當，首次齣現時總會給齣清晰的定義或在腳注中進行補充說明，使得跨學科的讀者也能快速跟上節奏。全書的行文節奏保持瞭一種穩定的、略偏學術的基調，讓人感到自己正在與一位嚴謹的學者進行深入的對話，而非被動地接收灌輸。這種流暢而又不失深度的文風，讓長篇閱讀過程變得非常專注和高效。

評分☆☆☆☆☆

這本書最令人稱道的一點，或許在於其強烈的工程實踐導嚮性。理論知識的價值，最終要體現在能否有效解決實際問題上。作者顯然深諳此道，在介紹完抽象模型之後，總能迅速地將視角拉迴到實際工程約束和數據特性上來。比如，在討論不同濾波算法的性能時，書中並未僅僅羅列理論誤差指標，而是結閤瞭不同傳感器噪聲模型和實際環境乾擾下的錶現進行對比分析，這種貼近現實的討論極大地提高瞭知識的可遷移性。書中穿插的案例分析，雖然沒有直接給齣完整的代碼實現，但其對特定場景下參數選擇和流程設計的精闢見解，足以指導工程師迅速構建齣有效的解決方案框架。它教會的不僅僅是“是什麼”，更是“如何在現實世界中高效地做到”。

評分☆☆☆☆☆

這本書的排版和印刷質量簡直讓人眼前一亮，那種厚重的手感和細膩的紙張觸感，都透露著齣版方對內容的尊重。拿到手裏，首先映入眼簾的是那封麵設計，簡約而不失專業感，黑白灰的搭配沉穩大氣，讓人立刻聯想到高精尖的技術領域。內頁的字體清晰銳利，圖錶和公式的繪製更是達到瞭教科書級彆的標準，即便是復雜的算法流程圖，也能被拆解得條理分明，讓人在閱讀過程中絲毫不會感到吃力。裝訂工藝也十分考究，可以完全平攤在桌麵上，這對於需要對照查閱大量公式和代碼的讀者來說，簡直是福音，完全解放瞭雙手。我尤其欣賞作者在關鍵概念闡述時所采用的精妙插圖，它們不僅僅是裝飾，更是理解抽象物理模型和幾何關係不可或缺的輔助工具。這種對細節的極緻追求，無疑提升瞭整體的閱讀體驗，讓人覺得物超所值，是一本值得珍藏在書架上的專業典籍。

評分☆☆☆☆☆

如果用一個詞來形容這本書的知識深度，那一定是“紮實”。作者顯然不是停留在對概念的錶麵化描述上，而是深入到瞭底層實現和數學本質。對於每一個核心算法的講解，都配有詳盡的數學推導過程，這些推導過程邏輯嚴密，每一步的假設和推導依據都交代得清清楚楚，絕不含糊其辭。即便是對於那些在其他文獻中常被一筆帶過的優化技巧，這本書也給予瞭足夠的關注，分析瞭它們在實際工程應用中的局限性和優勢。閱讀過程中，我不得不頻繁地停下來，拿齣草稿紙進行演算驗證，正是這種互動式的學習過程，纔真正鞏固瞭對理論模型的理解。這種對技術深度和廣度的雙重把控，使得這本書不僅適閤初學者建立基礎，更對資深從業者進行知識迭代和瓶頸突破提供瞭寶貴的參考價值。

評分☆☆☆☆☆

這本書的敘事邏輯構建得極為精巧，它不像某些技術書籍那樣上來就拋齣晦澀的數學推導，而是采取瞭一種循序漸進、由淺入深的引導方式。開篇部分，作者用瞭大篇幅來鋪陳相關的背景知識和曆史演進，這為讀者建立瞭一個堅實的認知框架，使得後續進入核心技術細節時，能夠做到心中有數，不至於迷失在術語的汪洋大海中。隨後，章節間的過渡銜接得如行雲流水般自然，前一節的結論往往是下一節深入探討的基石，形成瞭一個緊密的知識鏈條。讀起來，你不會感覺到被生硬地推著走，反而像是在一位經驗豐富的導師帶領下，進行一次精心規劃的學術漫步。這種高超的結構設計，極大地降低瞭自學過程中的認知負荷，讓復雜的係統原理不再高不可攀，而是變得可感知、可理解。