一種地面三維激光掃描點云球面目標自動識別方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明設(shè)及一種目標自動識別方法，特別是一種地面Ξ維激光掃描點云球面目標 自動識別方法，屬于目標自動識別領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 自2000年W來，地面Ξ維激光掃描技術(shù)(Terrestrial laser scanning,TLS)成果 取得實質(zhì)性應(yīng)用W來，隨著Ξ維掃描儀硬件的進步，目前已經(jīng)成為測繪領(lǐng)域繼GI^技術(shù)之后 又一革命性的成果，相繼在古建筑保護、城市數(shù)字化、變形監(jiān)測、考古、交通等各個領(lǐng)取取得 成果應(yīng)用。
[0003] 在Ξ維激光掃描儀的應(yīng)用過程中，經(jīng)常遇到一些特征面片的自動提取功能，特別 是球面片的自動提取功能尤為重要，如在掃描儀工作時，為了將整個場景掃描的所有數(shù)據(jù) 拼接起來，掃描站與站之間通常需要布設(shè)許多人工標志或定向標志，如平面祀標、球屯、祀標 等，其中球屯、標志由于其具有識別距離遠，無論從什么方向掃描，球的中屯、都是同一個，還 有制作方便等因素逐漸成為主流。
[0004] 在大數(shù)據(jù)量的處理過程中，目前通常采用的手段是采用手動提取球面標祀的方式 進行處理，利用人工交互的方式，將球面數(shù)據(jù)與周圍的數(shù)據(jù)分割開，然后再擬合的方式進行 處理，只能一個個的尋找，比較耗時耗力。
[0005] 在現(xiàn)階段的自動識別球面計算方法中，大都是根據(jù)球面點云特征具有法向都不相 同，指向四周的各個方向。其高斯映射的投影為一個W原點為中屯、，W單位為半徑的單位 球。根據(jù)球面點云面片上所有點的最大主曲率和最小主曲率相等，且球面上所有的點云其 主曲率均相等。通過判斷待判斷點云面片的主曲率是否趨近于一個常數(shù)，來判斷是否為球 面點云。但運種方法的缺點是需要進行大量的數(shù)據(jù)計算，由于點云數(shù)據(jù)本身的數(shù)據(jù)量就非 常大，再進行大量的曲率法矢計算，導(dǎo)致數(shù)據(jù)處理緩慢，無法在工程中得到實際使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的技術(shù)解決問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種地面Ξ維激光掃描 點云球面目標自動識別方法，實現(xiàn)了球類目標物的快速識別與提取，具有識別準確率高，占 用系統(tǒng)資源低，速度快等優(yōu)點。
[0007] 本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：一種地面Ξ維激光掃描點云球面目標自動識別方法， 包括W下步驟：
[0008] (1)利用Ξ維激光掃描儀掃描目標，獲取目標的激光點云原始極坐標信息，所述原 始極坐標信息包括水平角、豎直角、目標點距離和灰度;所述目標點距離為目標激光點云中 某一點距離Ξ維激光掃描儀中屯、的坐標；
[0009] (2)將步驟(1)獲取的目標激光點云原始極坐標信息轉(zhuǎn)換到直角坐標系；
[0010] (3)在直角坐標系下，將預(yù)先設(shè)定的目標激光點云水平角取值區(qū)間和豎直角取值 區(qū)間，按照預(yù)先設(shè)定的水平角步長和豎直角步長劃分網(wǎng)格，每個網(wǎng)格單元為一個種子捜索 區(qū)域；
[0011] (4)為每一個種子捜索區(qū)域建立一個線程，對每一個種子捜索區(qū)域內(nèi)的目標激光 點進行遍歷，獲取每一點與同一種子捜索區(qū)域內(nèi)各點的距離信息，將同一種子捜索區(qū)域內(nèi) 中，滿足與該點之間的距離信息均大于該點的目標點距離，且符合離該點越遠，其目標點距 離越大的各點所構(gòu)成的區(qū)域列為目標區(qū)域；
[0012] (5)對目標區(qū)域的灰度進行判斷，若目標區(qū)域的灰度從中屯、點往夕幡漸減弱，則進 入步驟(6);否則，舍棄該目標區(qū)域；
[0013] (6)對目標區(qū)域內(nèi)的點云進行最小二乘球面擬合，計算出球面信息和擬合數(shù)據(jù)的 標準差，若擬合數(shù)據(jù)的標準差小于等于預(yù)設(shè)闊值，則將球面信息輸出，并將該目標區(qū)域標注 為球面目標，否則，舍棄該目標區(qū)域。
[0014] 所述激光掃描儀為地基Ξ維激光掃描儀。
[0015] 所述地基Ξ維激光掃描儀包括：脈沖式Ξ維激光掃描儀和相位式Ξ維激光掃描 儀。
[0016] 所述水平角通過激光掃描儀水平轉(zhuǎn)臺獲取，豎直角通過激光掃描儀豎直轉(zhuǎn)鏡獲 取，目標點距離和灰度通過激光測距獲取。
[0017] 所述預(yù)設(shè)闊值等于預(yù)先設(shè)定的點云數(shù)據(jù)精度或球面獲取精度。
[0018] 所述水平角取值區(qū)間為:0~360%豎直角取值區(qū)間為:0~360°。
[0019] 所述水平角步長和豎直角步長根據(jù)計算機配置確定，水平角步長和豎直角步長的 設(shè)置要小于等于超過計算機的運算能力。
[0020] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是：
[0021 ] (1)本發(fā)明利用地面Ξ維激光掃描儀直接獲取球面目標的極坐標信息，并基于該 極坐標信息進行球面目標的自動識別，避免了現(xiàn)有技術(shù)中人工提取特征的巨大工作量和曲 率運算的大數(shù)據(jù)量，提高了球面目標自動識別的效率，占用系統(tǒng)資源低；
[0022] (2)本發(fā)明利用原始數(shù)據(jù)中的距離信息和灰度信息作為判斷條件，在軟件中運算 時僅需進行比較計算，就可W判斷是否是球面類對象掃描的數(shù)據(jù)，然后利用球面擬合闊值 的人工設(shè)定，精確判斷是否為真正的球面目標，有效提高了球面目標自動是別的效率和精 度；
[0023] (3)本發(fā)明利用多線程對數(shù)據(jù)進行處理，大大提高了算法的運算速度。
【附圖說明】
[0024] 圖1為本發(fā)明數(shù)據(jù)處理方法流程圖。
【具體實施方式】
[0025] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】進行進一步的詳細描述。
[0026] 如圖1所示為本發(fā)明的流程圖，從圖1可知，本發(fā)明提出的一種地面Ξ維激光掃描 點云球面目標自動識別方法，步驟如下：
[0027] (1)利用Ξ維激光掃描儀掃描目標，獲取目標的激光點云原始極坐標信息，所述原 始極坐標信息包括水平角、豎直角、目標點距離和灰度;所述目標點距離為目標激光點云中 某一點距離Ξ維激光掃描儀中屯、的坐標;所述激光掃描儀為地基Ξ維激光掃描儀，具體包 括脈沖式Ξ維激光掃描儀和相位式Ξ維激光掃描儀。所述水平角通過激光掃描儀水平轉(zhuǎn)臺 獲取，豎直角通過激光掃描儀豎直轉(zhuǎn)鏡獲取，目標點距離和灰度通過激光測距獲取。
[0028] (2)將步驟(1)獲取的目標激光點云原始極坐標信息轉(zhuǎn)換到直角坐標系；
[0029] 由于本算法是基于原始掃描距離和掃描灰度(反射率)進行快速球面識別，因此為 了后續(xù)計算的方便，對數(shù)據(jù)文件的格式必須予W重建，Ξ維激光掃描儀掃描對象獲取的原 始數(shù)據(jù)是由水平角、豎直角、目標點距離構(gòu)成的Ξ維極坐標系下的數(shù)據(jù)W及灰度(反射率） 信息等4種信息的數(shù)據(jù)，后期為了 Ξ維成像的方便，通常會轉(zhuǎn)換為通用的點云文件數(shù)據(jù)，一 般為包含Χ、Υ、Ζ形式表示的直角坐標系坐標和灰度(反射率)信息，為了便于算法的計算，在 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換過程中應(yīng)對極坐標信息予W保留，或者依據(jù)已有的ΧΥΖ信息重建極坐標信息，在本 算法中為了兼容兩種常見的數(shù)據(jù)格式類型后續(xù)計算過程的方便，統(tǒng)一把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成包括水 平角、豎直角、目標點距離、Χ、Υ、Ζ和灰度(反射率)信息，將運兩種數(shù)據(jù)的信息融合到一起， 并加入一個判斷標示位。
[0030] (3)在直角坐標系下，將預(yù)先設(shè)定的目標激光點云水平角取值