一種激光點(diǎn)云邊緣精細(xì)化的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種激光點(diǎn)云邊緣精細(xì)化的方法，首先采用地面激光雷達(dá)和攝像設(shè)備分別獲取被測對象的激光點(diǎn)云和多個(gè)光學(xué)影像，然后利用多個(gè)光學(xué)影像生成影像點(diǎn)云，最后根據(jù)激光點(diǎn)云生成強(qiáng)度圖像，將其和多個(gè)光學(xué)影像其中一個(gè)進(jìn)行匹配，得到至少三個(gè)匹配點(diǎn)對；分別從激光點(diǎn)云和影像點(diǎn)云中找到激光掃描點(diǎn)和對應(yīng)的點(diǎn)，并利用激光掃描點(diǎn)和對應(yīng)的點(diǎn)構(gòu)成的同名點(diǎn)對計(jì)算坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)，將所述影像點(diǎn)云轉(zhuǎn)換到激光點(diǎn)云中，生成邊緣精細(xì)化的激光點(diǎn)云。本發(fā)明能夠有效對激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行邊緣精細(xì)化，解決實(shí)體邊緣點(diǎn)云數(shù)據(jù)缺失或稀疏的問題。
【專利說明】一種激光點(diǎn)云邊緣精細(xì)化的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明方法屬于三維激光掃描技術(shù)與攝影測量的結(jié)合，尤其涉及一種激光點(diǎn)云邊 緣精細(xì)化的方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 地面激光雷達(dá)技術(shù)是近些年來新興的一項(xiàng)技術(shù)，它以快速、精確、非直接接觸式地 獲取被掃描對象的三維信息而被廣泛地應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。通過激光雷達(dá)獲取的點(diǎn)云數(shù)據(jù)在 一定情況下可以很好地完成三維重建，然而，由于受到地面激光雷達(dá)儀器和掃描條件等的 限制，在某些情況下重建的結(jié)構(gòu)不夠理想。然而隨著攝影測量技術(shù)的快速發(fā)展和理論的不 斷拓新，通過攝影測量得到的影像及其相關(guān)理論的應(yīng)用，針對被測物進(jìn)行模型重建，可以在 一定程度彌補(bǔ)地面激光雷達(dá)掃描數(shù)據(jù)的缺失、邊緣信息不精確等不足。一方面利用地面激 光雷達(dá)可以得到高精度、高密度的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，另一方面通過同步拍攝的影像，將其映射至點(diǎn) 云或三維模型上，即可得到掃描對象的高保真度的三維模型。在實(shí)際掃描過程中，由于掃描 點(diǎn)的間距與掃描角度的影響，使得局部區(qū)域的點(diǎn)云數(shù)據(jù)缺失或稀疏，得不到精確的對象幾 何邊緣與紋理邊緣，不能對其進(jìn)行精細(xì)建模。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于對邊緣缺失或稀疏的激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)充，以得到邊緣精細(xì) 化的點(diǎn)云數(shù)據(jù)。
[0004] 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提出了一種激光點(diǎn)云邊緣精細(xì)化的方法，包括以下步 驟：
[0005] 步驟一、數(shù)據(jù)采集：
[0006] 采用地面激光雷達(dá)獲取被測對象的激光點(diǎn)云，利用攝像設(shè)備獲取被測對象的多個(gè) 光學(xué)影像，相鄰兩個(gè)光學(xué)影像之間存在重疊區(qū)域；
[0007] 步驟二、生成影像點(diǎn)云：
[0008] 利用多個(gè)光學(xué)影像生成影像點(diǎn)云，其中，所述影像點(diǎn)云至少由用于表示邊緣特征 的邊緣點(diǎn)云構(gòu)成；
[0009] 步驟三、邊緣精細(xì)化：
[0010] 根據(jù)激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)組織形式，以某一擬合平面為基準(zhǔn)，生成強(qiáng)度圖像，并記錄激光 點(diǎn)云中每個(gè)激光掃描點(diǎn)和強(qiáng)度圖像中的每個(gè)像點(diǎn)的對應(yīng)關(guān)系；將所述強(qiáng)度圖像和所多個(gè)光 學(xué)影像其中一個(gè)進(jìn)行匹配，得到至少三個(gè)匹配點(diǎn)對；根據(jù)所述強(qiáng)度圖像中的像點(diǎn)從激光點(diǎn) 云中找到對應(yīng)的激光掃描點(diǎn)，根據(jù)所述與強(qiáng)度圖像匹配的一個(gè)光學(xué)影像的像點(diǎn)從所述影像 點(diǎn)云中找到對應(yīng)的點(diǎn)，則確定出至少三個(gè)由激光掃描點(diǎn)和影像點(diǎn)云中的點(diǎn)所構(gòu)成的同名點(diǎn) 對；利用所有同名點(diǎn)對計(jì)算坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)，并將所述影像點(diǎn)云轉(zhuǎn)換到激光點(diǎn)云中，從而生成 邊緣精細(xì)化的激光點(diǎn)云。
[0011] 所述坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)包括縮放系數(shù)、旋轉(zhuǎn)矩陣和平移向量，其中，
[0012] 縮放系數(shù)的公式如下：
[0013]

【權(quán)利要求】
1. 一種激光點(diǎn)云邊緣精細(xì)化的方法，其特征在于，包括以下步驟： 步驟一、數(shù)據(jù)采集： 采用地面激光雷達(dá)獲取被測對象的激光點(diǎn)云，利用攝像設(shè)備獲取被測對象的多個(gè)光學(xué) 影像，相鄰兩個(gè)光學(xué)影像之間存在重疊區(qū)域； 步驟二、生成影像點(diǎn)云： 利用多個(gè)光學(xué)影像生成影像點(diǎn)云，其中，所述影像點(diǎn)云至少由用于表示邊緣特征的邊 緣點(diǎn)云構(gòu)成； 步驟三、邊緣精細(xì)化： 根據(jù)激光點(diǎn)云生成強(qiáng)度圖像，并記錄激光點(diǎn)云中每個(gè)激光掃描點(diǎn)和強(qiáng)度圖像中的每個(gè) 像點(diǎn)的對應(yīng)關(guān)系；將所述強(qiáng)度圖像和所述多個(gè)光學(xué)影像其中一個(gè)進(jìn)行匹配，得到至少三個(gè) 匹配點(diǎn)對；根據(jù)所述強(qiáng)度圖像中的像點(diǎn)從激光點(diǎn)云中找到對應(yīng)的激光掃描點(diǎn)，根據(jù)所述與 強(qiáng)度圖像匹配的一個(gè)光學(xué)影像中的像點(diǎn)從所述影像點(diǎn)云中找到對應(yīng)的點(diǎn)，則確定出至少三 個(gè)由激光掃描點(diǎn)和影像點(diǎn)云中的點(diǎn)所構(gòu)成的同名點(diǎn)對；利用所有同名點(diǎn)對計(jì)算坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參 數(shù)，并將所述影像點(diǎn)云轉(zhuǎn)換到激光點(diǎn)云中，從而生成邊緣精細(xì)化的激光點(diǎn)云。
2. 如權(quán)利要求1所述的激光點(diǎn)云邊緣精細(xì)化的方法，其特征在于，所述步驟二中，所述 影像點(diǎn)云的生成過程為： 相鄰兩個(gè)光學(xué)影像構(gòu)成一個(gè)立體像對；各立體像對進(jìn)行以下計(jì)算過程：每個(gè)立體像對 計(jì)算出一組相對定向元素，從其中一個(gè)光學(xué)影像中進(jìn)行邊緣提取與密集點(diǎn)提取，得到多個(gè) 特征點(diǎn)，在另一個(gè)光學(xué)影像上搜索每個(gè)特征點(diǎn)的匹配點(diǎn)，根據(jù)相對定向元素，利用前方交會(huì) 計(jì)算得到邊緣點(diǎn)云與密集點(diǎn)云；所有的邊緣點(diǎn)云和密集點(diǎn)云構(gòu)成所述影像點(diǎn)云。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的激光點(diǎn)云邊緣精細(xì)化的方法，其特征在于，所述步驟一中， 相鄰兩個(gè)光學(xué)影像之間存在至少60%的重疊區(qū)域。
4. 如權(quán)利要求2所述的激光點(diǎn)云邊緣精細(xì)化的方法，其特征在于，所述步驟二中， 每個(gè)立體像對計(jì)算出一組相對定向元素的具體過程為：首先計(jì)算直接解，以直接解的 結(jié)果作為嚴(yán)密解的初值進(jìn)行迭代計(jì)算，并以〇. 3 X ΚΓ4作為迭代終止的條件； 所述前方交會(huì)采用點(diǎn)投影系數(shù)法，且假設(shè)一個(gè)攝影比例尺。
5. 如權(quán)利要求2所述的激光點(diǎn)云邊緣精細(xì)化的方法，其特征在于，所述步驟二中， 對其中一個(gè)光學(xué)影像進(jìn)行邊緣提取前先進(jìn)行Gauss濾波； 邊緣提取采用Canny最優(yōu)算子計(jì)算實(shí)現(xiàn)； 密集點(diǎn)提取的具體過程為：先將其中一個(gè)光學(xué)影像劃分為格網(wǎng)，再用Harris算子提取 各格網(wǎng)中興趣值最大的點(diǎn)作為密集點(diǎn)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光點(diǎn)云邊緣精細(xì)化的方法，其特征在于，所述步驟三中， 將所述強(qiáng)度圖像與所述多個(gè)光學(xué)影像其中一個(gè)采用SIFT特征匹配方法進(jìn)行匹配。
7. 如權(quán)利要求3所述的激光點(diǎn)云邊緣精細(xì)化的方法，其特征在于，多個(gè)光學(xué)影像的拍 攝條件一致。
【文檔編號】G01C11/00GK104063860SQ201410262324
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年6月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月12日
【發(fā)明者】胡春梅, 王晏民, 曾飛翔, 李天爍 申請人:北京建筑大學(xué)