一種基于空間平面特征的地面站點云拼接方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種攝影測量和三維激光技術領域，具體是一種基于空間平面特征的 地面站點云拼接方法。
【背景技術】
[0002] 三維點云拼接技術在不同場合亦被稱為重定位、配準或拼合技術，其實質(zhì)是在不 同的坐標系下測得的數(shù)據(jù)點云進行坐標變換，問題的關鍵是坐標變換參數(shù)R(旋轉矩陣）和 t (平移矢量）的求??；利用激光掃描儀獲取的數(shù)據(jù)進行目標的三維重建在古建筑、文物保 護、街景生產(chǎn)等領域具有廣闊的應用前景，為了得到被測物體的完整數(shù)據(jù)模型，需要確定一 個合適的坐標變換，將從各個視角得到的點集合并到一個統(tǒng)一的坐標系下形成一個完整的 數(shù)據(jù)點云，然后就可以方便地進行可視化操作，這就是點云數(shù)據(jù)的拼接；然而，由于目標的 復雜性，使得測站的拼接依然存在許多問題并面臨許多技術上的難題；目前，通用的方法是 在位于兩個坐標系下的空間中人工選取一定數(shù)量的同名控制點，選取的同名控制點數(shù)量大 于等于3,通過這組同名點計算出變換參數(shù)，將兩個三維坐標系統(tǒng)一，達到拼接的目的。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003] 本發(fā)明的目的在于提供一種基于空間平面特征的地面站點云拼接方法，以解決上 述【背景技術】中提出的問題。
[0004] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術方案：
[0005] -種基于空間平面特征的地面站點云拼接方法，包括以下步驟：
[0006] (1)將各站在掃描坐標系下的點云坐標轉換到全局參考站的坐標系下，轉換關系 用一個3*3的旋轉矩陣R和一個三維平移向量T來描述，坐標轉換的任務就是求出（R、T); 點云拼接時發(fā)生的坐標變換視為三維剛體的坐標變換，即兩站點云之間尺度比為1，使得轉 換模型僅包含6個獨立參數(shù)；
[0007] (2)利用空間平面對計算6個轉換參數(shù)進行推導，推到過程包括：
[0008] a.假設平面A和平面B是不同測站的同一個平面目標，兩個平面的方程通過平面 上的點經(jīng)過最小二乘擬合得到，兩個平面是同一個空間平面的充分必要條件為：平面A經(jīng) 過旋轉和平移轉換后得到的平面A'與平面B共面；
[0009] b.假設平面A上點1的坐標SP1U1, yi，Zl)，經(jīng)過旋轉和平移變換后得到的點坐 標為P ^Xyy2, z2)，則存在如下關系式：
[0010]
【主權項】
1. 一種基于空間平面的點云拼接方法，其特征在于，包括以下步驟： (1) 在兩個點云中選擇三對以上的平面，利用這三對平面的平面方程和平面上的部分 點計算出兩個測站的轉換模型； (2) 為實現(xiàn)空間平面對兩測站點云的唯一空間約束，采用以下兩種方案： a. 在兩個測站之間確定三對或以上的平面對，并且這些平面對能夠在三個方向對兩個 三維坐標系統(tǒng)進行約束，從而實現(xiàn)平移向量T的固定；本方案實現(xiàn)過程為：要求在地面上有 一對平面，通過這對平面固定該方向的旋轉，另外，在X軸和Y軸兩個方向上還需要兩對平 面進行固定； b. 在確定一對或以上空間平面基礎上，加入一對控制點，通過這一對控制點實現(xiàn)對平 移矢量T的固定，本實現(xiàn)過程為：通過一對控制點實現(xiàn)兩個測站平移參數(shù)t的固定，旋轉的 固定通過一對空間平面進行固定。
2. 根據(jù)權利要求1所述的基于空間平面的點云拼接方法，其特征在于：參與拼接的空 間平面選擇遵循如下原則： (1) 參與擬合平面的點云數(shù)量沒有限制，但需要保證擬合平面方程的準確性； (2) 同名平面對之間不需要重疊區(qū)域，但需要保證這對平面都能表示同一個真實世界 中的空間平面； (3) 所選三對以上的平面必須能夠在三維空間中形成唯一約束，而在同一測站中選擇 的平行平面只能形成一個方向的約束。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于空間平面特征的地面站點云拼接方法，首先在兩個點云中選擇三對以上的平面，再利用這三對平面的平面方程和平面上的部分點計算出兩個測站的轉換模型，最后通過兩種空間平面的選擇方法和對應的計算過程，實現(xiàn)空間平面對兩測站點云的唯一空間約束；本發(fā)明通過對點云擬合出空間平面后，利用空間平面的參數(shù)進行測站間轉換矩陣的求解，達到免除放置人工標靶即可進行點云拼接的目的。
【IPC分類】G06T3-40
【公開號】CN104732484
【申請?zhí)枴緾N201510178870
【發(fā)明人】張飛, 危遲
【申請人】武漢海達數(shù)云技術有限公司
【公開日】2015年6月24日
【申請日】2015年4月16日