[论文解读] 3D Scanning: A Comprehensive Survey

Morteza Daneshmand, Ahmed M. Helmi+8 more|arXiv (Cornell University)|Jan 24, 2018

3D Surveying and Cultural Heritage参考文献 109被引用 48

一句话总结

本文综述了3D扫描方法和技术，比较近景摄影测量、空中摄影测量、激光扫描、飞行时间、结构光与SFM，并讨论诸如离群值去除和表面拟合等后处理步骤。

ABSTRACT

This paper provides an overview of 3D scanning methodologies and technologies proposed in the existing scientific and industrial literature. Throughout the paper, various types of the related techniques are reviewed, which consist, mainly, of close-range, aerial, structure-from-motion and terrestrial photogrammetry, and mobile, terrestrial and airborne laser scanning, as well as time-of-flight, structured-light and phase-comparison methods, along with comparative and combinational studies, the latter being intended to help make a clearer distinction on the relevance and reliability of the possible choices. Moreover, outlier detection and surface fitting procedures are discussed concisely, which are necessary post-processing stages.

研究动机与目标

• 提供用于摄影测量、遥感和计算机视觉的3D扫描技术的最前沿概述。
• 对主要的3D扫描方法（近景、空中、MLS、TLS、TOF、结构光、相位对比）进行分类和比较及其典型用例。
• 突出后处理步骤，如离群检测和表面拟合，并确定测试算法的挑战与基准。

提出的方法

• 回顾并综合文献关于CRP、空中、SFM和地面摄影测量、LS（移动、地面、机载）、TOF、结构光以及相位比较方法。
• 讨论对比与组合研究，以阐明方法的适用性与可靠性。
• 总结后处理程序，包括离群检测和表面拟合。

实验结果

研究问题

• RQ1 哪些是主导的3D扫描技术及其相对优势与局限？
• RQ2 在不同场景（地面、空中、移动）中，摄影测量、LiDAR和SFM在精度、速度和成本方面的比较如何？
• RQ3 在这些工作流程中，哪些后处理步骤对实现可靠的3D表面重建是必不可少的？
• RQ4 在哪些应用（遗产、林业、海岸监测、城市建模）中，特定方法表现最佳或面临挑战？

主要发现

• 无人机摄影测量和SFM在某些情境下能够产生密集的3D点云，精度具有竞争力且成本低于某些LiDAR方法。
• 基于摄影测量的方法通常提供密集重建，结合多视角图像和倾斜视图时效果更佳，在多项研究中达到亚毫米至厘米级的细节。
• TLS和MLS提供高精度的地形和遗产监测扫描，但成本和处理需求较高，在速度和覆盖范围方面存在权衡。
• 在基于无人机的方法中存在节省成本和提高效率的证据，但标定、地面控制分布和图像定向仍然对精度至关重要。
• 摄影测量和LiDAR基础的方法通过健壮后处理步骤（如离群值检测和表面拟合）得到补充，以确保表面可靠性。