專利名稱：一種地面激光雷達數(shù)據(jù)紋理影像配準方法
技術領域：
本方法主要應用在地面激光雷達點云和影像的融合，適用于任意拍攝角度的影像對于地面激光雷達點云的配準。
背景技術：
激光掃描技術是上世紀九十年代中期開始出現(xiàn)的一項高新技術，它通過高速激光掃描測量的方法，大面積高分辨率地快速獲取被測對象表面的三維坐標數(shù)據(jù)，廣泛應用于模型重建、古建保護中，并逐漸成為三維城市數(shù)據(jù)模型獲取的一種重要方法。如何獲取激光雷達數(shù)據(jù)的紋理一直是該領域研究的重點。雖然很多地面激光掃描儀可以通過內(nèi)置相機同步獲取掃描點的紋理，但是其分辨率、攝影方式等不能滿足應用的需要。目前，主要還是通過激光雷達數(shù)據(jù)與攝影影像的配準獲取其紋理特征。這里的配準等同于攝影測量中的定向。對于3維與2維的配準，已經(jīng)有很多研究成果，共線方程解法，基于共角條件的椎體解法，直接線性變換解法，基于羅德里格矩陣的直接接法，單位四元數(shù)法，奇異矩陣分解法等。 地面激光雷達數(shù)據(jù)和其光學影像的配準存在著特殊性，首先，對于建筑物來說，對其內(nèi)外、 屋頂和地面分別進行攝本方法以點特征為配準基元，以羅德里格矩陣為旋轉(zhuǎn)矩陣，采用分布解法進行配準。首先應用重心化特征點坐標計算縮放系數(shù)；然后應用重心化空間相似變換模型和羅德里格矩陣計算配準參數(shù)的初始值；最后應用共線方程最小二乘迭代計算配準參數(shù)的精確值。該方法需要的配準特征少，參數(shù)精度高，穩(wěn)健性強，既避免了大角度不收斂問題，又避免了配準特征共面引起的參數(shù)不穩(wěn)定的問題，適合任意影像拍攝角度和配準特征共面的激光雷達與紋理影像的配準。影時的，其角度是任意的，很多情況是大角度攝影。 其次，某些掃描對象比如壁畫，配準特征分布會出現(xiàn)共面現(xiàn)象。對于以上兩個問題，現(xiàn)有的方法不能夠完全解決。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種地面激光雷達數(shù)據(jù)紋理影像配準法，用配準方于地面激光雷達點云和拍攝影像的融合，其特征在于，包括以下步驟步驟一，在激光掃描影像形成的地面激光雷達點云上選取多個特征點Al An，并且在拍攝影像上選取與所述多個特征點Al An相對應的Bl Bn，以形成A1/B1 An/Bn 的η對特征點；步驟二，在被掃描的物方設定一個三維坐標原點，根據(jù)該基準點確定地面激光雷達點云上的各特征點Al An的三維坐標(X，Υ，Ζ)，以及確定拍攝影像上各特征點Bl &ι 的二維坐標，并且將拍攝影像的焦距設定為各特征點Bl 的第三維坐標(X，y，-f)；步驟三，將各特征點Al An的三維坐標(X，Y，Z)重心化為(Xm，Yffl, Zffl)，將各特征點Bl Bn的三維坐標(x, y，-f)重心化為(xm, ym，0)；步驟四，根據(jù)步驟三中的重心化坐標，計算各特征點Bl 的三維坐標(X，y，-f) 相對于各特征點Al An的三維坐標(X，Y，Z)的縮放系數(shù)，并最終計算出拍攝影像相對于激光掃描影像的縮放系數(shù)入；步驟五，將拍攝影像相對于激光掃描的點云空間姿態(tài)設為羅德里格矩陣的正交矩陣R，應用重心化空間相似變換模型和羅德里格矩陣計算配準參數(shù)；步驟六，根據(jù)正交矩陣R和縮放系數(shù)λ計算出攝影像相對于激光掃描影像的平移矩陣參數(shù)(Xs，Ys, Zs)；步驟七，根據(jù)縮放系數(shù)λ、配準參數(shù)和平移矩陣參數(shù)，將地面激光雷達點云和拍攝影像融合。優(yōu)選的是，所述的地面激光雷達數(shù)據(jù)紋理影像配準方法中，在步驟四中，計算縮放系數(shù)λ的方式如下1)首先計算各特征點Bl 相對于各特征點Al An的縮放系數(shù)λ ,每個特征點的縮放系數(shù)λ i的計算公式為
權利要求
1.一種地面激光雷達數(shù)據(jù)紋理影像配準方法，用于地面激光雷達點云和拍攝影像的融合，其特征在于，包括以下步驟步驟一，在地面激光雷達形成的地面激光雷達點云上選取多個特征點Al An，并且在拍攝影像上選取與所述多個特征點Al An相對應的Bl Bn，以形成A1/B1 An/Bn的η 對特征點；步驟二，在被掃描的物方設定一個三維坐標原點，根據(jù)該坐標原點確定地面激光雷達點云上的各特征點Al An的三維坐標(X，Y，Ζ)，以及確定拍攝影像上各特征點Bl &ι 的二維坐標，并且將拍攝影像的焦距設定為各特征點Bl 的第三維坐標(X，y，-f)；步驟三，將各特征點Al An的三維坐標(X，Y，Z)重心化為(Xm，Yffl, Zm)，將各特征點 Bl Bn的三維坐標(X，y，-f)重心化為(xm, ym，0)；步驟四，根據(jù)步驟三中的重心化坐標，計算各特征點Bl 的三維坐標(X，y，-f)相對于各特征點Al An的三維坐標(X，Y，Z)的縮放系數(shù)，并最終計算出拍攝影像相對于激光掃描影像的縮放系數(shù)入；步驟五，將拍攝影像相對于激光掃描的點云空間姿態(tài)設為羅德里格矩陣的正交矩陣R， 應用重心化空間相似變換模型和羅德里格矩陣計算配準參數(shù)中的羅德格里矩陣參數(shù)(a，b， c)；步驟六，再根據(jù)正交矩陣R和縮放系數(shù)λ計算出攝影像相對于激光掃描影像的配準參數(shù)中的平移參數(shù)(Xs，k，Zs)；步驟七，以上述求出的配準參數(shù)作為初始值，依據(jù)共線方程的最小二乘迭代求解配準參數(shù)的精確值。步驟八，根據(jù)配準參數(shù)精確值和共線方程，將地面激光雷達點云和拍攝影像融合。
2.如權利要求1所述的地面激光雷達數(shù)據(jù)紋理影像配準方法，其特征在于，在步驟四中，計算縮放系數(shù)λ的方式如下1)首先計算各特征點Bl 相對于各特征點Al An的縮放系數(shù)λ ,每個特征點的縮放系數(shù)λ i的計算公式為
3.如權利要求2所述的地面激光雷達數(shù)據(jù)紋理影像配準方法，其特征在于，所述步驟五中的重心化的空間相似變換模型為
4.如權利要求3所述的地面激光雷達數(shù)據(jù)紋理影像配準方法，其特征在于，所述步驟五中的配準參數(shù)通過重心化空間相似變換模型和羅德里格矩陣計算后，得到初始值，再通過共線方程的最小二乘迭代，得到精確值，其迭代中羅德格里矩陣參數(shù)(a，b，c)法方程的系數(shù)為
5.如權利要求4所述的地面激光雷達數(shù)據(jù)紋理影像配準方法，其特征在于，最小二乘迭代的終止條件為以配準參數(shù)標記的影像角元素改正數(shù)兩次運算差值小于0. 1秒。
6.如權利要求1所述的地面激光雷達數(shù)據(jù)紋理影像配準方法，其特征在于，所述步驟五中正交矩陣R被設定為
7.如權利要求4所述的地面激光雷達數(shù)據(jù)紋理影像配準方法，其特征在于，所述步驟五中正交矩陣R被設定為
8.如權利要求7所述的地面激光雷達數(shù)據(jù)紋理影像配準方法，其特征在于，所述共線方程為
9.如權利要求7所述的地面激光雷達數(shù)據(jù)紋理影像配準方法，其特征在于，對應特征點至少為4對。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種地面激光雷達數(shù)據(jù)紋理影像配準方法，用于地面激光雷達點云和拍攝影像的融合，包括以下步驟步驟一，在激光掃描影像形成的地面激光雷達點云上選取多個特征點A1～An，并且在拍攝影像上選取與多個特征點A1～An相對應的B1～Bn；步驟二，在被掃描的物方設定一個三維坐標原點，確定地面激光雷達點云上的各特征點A1～An的三維坐標(X，Y，Z)，并且將拍攝影像的焦距設定為各特征點B1～Bn的第三維坐標(x，y，-f)；重心化坐標，并計算縮放系數(shù)，以及計算正交矩陣R的配準參數(shù)；以上述參數(shù)為初始值，應用最小二乘迭代法解算配準參數(shù)的精確值。本發(fā)明在計算出上述參數(shù)的情況下，通過縮放、旋轉(zhuǎn)和平移，就能夠?qū)⑴臄z影像融合入激光掃描影像中，形成彩色點云模型。
文檔編號G06T3/00GK102314674SQ201110250748
公開日2012年1月11日 申請日期2011年8月29日 優(yōu)先權日2011年8月29日
發(fā)明者王國利, 王晏民, 胡春梅, 郭明 申請人:北京建筑工程學院