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DOI: https://doi.org/10.7451/CBE.2021.63.2.33
Description:

A vehicle-based laser measurement system was developed to measure the surface microtopography and to generate high-resolution digital elevation models (DEM). The accuracy of the system in microtopography measurement was evaluated in the laboratory by comparing the DEM data generated by this system with that generated by a more accurate, stationary laser profile meter for several surfaces, including an artificial sand-stone-ridged surface. DEM data was created by interpolating the 3D raw data into a regular, square grid using a two-dimensional, distance-weighted interpolation algorithm. The DEMs were compared using an image-matching method to calculate the correlation coefficient. A test to study the effect of ambient light on elevation measurement under indoor and outdoor environments was also conducted.

         Correlation coefficients greater than 0.935 were achieved between the DEMs measured by the vehicle-based system and the stationary laser profile meter. The correlation coefficients among the four replications of the DEMs measured by the vehicle-based system were greater than 0.988, indicating that the vehicle-based laser system can provide consistent elevation measurements. Correlation coefficients among the DEMs of the sand-stone-ridged surface measured by the vehicle-based system at different times of the day and under different indoor fluorescent lighting conditions were all above 0.982. Correlation coefficients among DEMs taken at different times of the day and under different outdoor sunlight conditions were all above 0.971. These results indicated that neither the fluorescent light nor the sunlight had a significant effect on the measurements obtained by the vehicle-based laser system. The system provided consistent elevation measurements under both indoor and outdoor lighting conditions.

Keywords: DEM, Interpolation, Image Matching, 3D, Laser Line Scanner
Résumé:

Un système laser de mesure sur véhicule a été élaboré pour mesurer la microtopographie de surface et générer des modèles numériques d’élévation [Digital Elevation Model (DEM)]) à haute résolution. La précision du système dans la mesure de la microtopographie a été évaluée en laboratoire en comparant les données DEM générées par ce système avec celles générées par un profilomètre laser stationnaire plus précis pour évaluer plusieurs surfaces, y compris une surface artificielle striée de pierres et de sable. Les données DEM ont été créées en interpolant les données brutes 3D dans une grille carrée régulière à l’aide d’un algorithme d’interpolation bidimensionnel pondéré par la distance. La comparaison des DEM a été effectuée à l’aide d’une méthode de comparaison d’images pour calculer le coefficient de corrélation. Un test visant à étudier l’effet de la lumière ambiante sur la mesure de l’élévation dans des environnements intérieurs et extérieurs a également été réalisé.

         Des coefficients de corrélation supérieurs à 0,935 ont été obtenus entre les DEM mesurés par le système sur véhicule et le profilomètre laser stationnaire. Les coefficients de corrélation entre les quatre répétitions des DEM mesurés par le système sur véhicule étaient supérieurs à 0,988, ce qui indique que ce système peut fournir des mesures d’élévation consistantes. Les coefficients de corrélation entre les DEM de la surface striée de pierres et de sable mesurés par le système sur véhicule à différents moments de la journée et dans différentes conditions d’éclairage fluorescent intérieur étaient tous supérieurs à 0,982. Les coefficients de corrélation entre les DEM obtenus à différents moments de la journée et dans différentes conditions d’ensoleillement extérieur étaient tous supérieurs à 0,971. Ces résultats indiquent que ni la lumière fluorescente ni celle du soleil n’ont eu un effet significatif sur les mesures obtenues par le système laser sur véhicule. Ce système a fourni des mesures d’élévation consistantes dans des conditions d’éclairage intérieur et extérieur.

Mots-clés:

DEM, interpolation, mise en correspondance d’images, 3D, dispositif de balayage à ligne laser.

Citation: Li, P., N. Zhang, L.E. Wagner, F. Fox, D. Oard, H. Lagae and M. Han. 2021. A Vehicle-Based Laser System for High-Resolution DEM Development – Performance in Micro-topography Measurement. Canadian Biosystems Engineering 63: 2.33-2.40. https://doi.org/10.7451/CBE.2021.63.2.33
Volume: 63
Issue: 1
Pages 2.33 - 2.40
Contributor: R. Sri Ranjan
Date: December 2, 2022
Technical field: Machinery Systems Engineering
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Other information:
Type: Text.Article
Format: PDF
Publication type: Journal
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Language 1: en
Language 2: fr
Rights: Canadian Society for Bioengineering / Société Canadienne de Génie Agroalimentaire et de Bioingénierie
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