一种基于空间平面特征的地面站点云拼接方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种摄影测量和三维激光技术领域，具体是一种基于空间平面特征的 地面站点云拼接方法。
【背景技术】
[0002] 三维点云拼接技术在不同场合亦被称为重定位、配准或拼合技术，其实质是在不 同的坐标系下测得的数据点云进行坐标变换，问题的关键是坐标变换参数R(旋转矩阵）和 t (平移矢量）的求取；利用激光扫描仪获取的数据进行目标的三维重建在古建筑、文物保 护、街景生产等领域具有广阔的应用前景，为了得到被测物体的完整数据模型，需要确定一 个合适的坐标变换，将从各个视角得到的点集合并到一个统一的坐标系下形成一个完整的 数据点云，然后就可以方便地进行可视化操作，这就是点云数据的拼接；然而，由于目标的 复杂性，使得测站的拼接依然存在许多问题并面临许多技术上的难题；目前，通用的方法是 在位于两个坐标系下的空间中人工选取一定数量的同名控制点，选取的同名控制点数量大 于等于3,通过这组同名点计算出变换参数，将两个三维坐标系统一，达到拼接的目的。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于提供一种基于空间平面特征的地面站点云拼接方法，以解决上 述【背景技术】中提出的问题。
[0004] 为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
[0005] -种基于空间平面特征的地面站点云拼接方法，包括以下步骤：
[0006] (1)将各站在扫描坐标系下的点云坐标转换到全局参考站的坐标系下，转换关系 用一个3*3的旋转矩阵R和一个三维平移向量T来描述，坐标转换的任务就是求出（R、T); 点云拼接时发生的坐标变换视为三维刚体的坐标变换，即两站点云之间尺度比为1，使得转 换模型仅包含6个独立参数；
[0007] (2)利用空间平面对计算6个转换参数进行推导，推到过程包括：
[0008] a.假设平面A和平面B是不同测站的同一个平面目标，两个平面的方程通过平面 上的点经过最小二乘拟合得到，两个平面是同一个空间平面的充分必要条件为：平面A经 过旋转和平移转换后得到的平面A'与平面B共面；
[0009] b.假设平面A上点1的坐标SP1U1, yi，Zl)，经过旋转和平移变换后得到的点坐 标为P ^Xyy2, z2)，则存在如下关系式：
[0010]
【主权项】
1. 一种基于空间平面的点云拼接方法，其特征在于，包括以下步骤： (1) 在两个点云中选择三对以上的平面，利用这三对平面的平面方程和平面上的部分 点计算出两个测站的转换模型； (2) 为实现空间平面对两测站点云的唯一空间约束，采用以下两种方案： a. 在两个测站之间确定三对或以上的平面对，并且这些平面对能够在三个方向对两个 三维坐标系统进行约束，从而实现平移向量T的固定；本方案实现过程为：要求在地面上有 一对平面，通过这对平面固定该方向的旋转，另外，在X轴和Y轴两个方向上还需要两对平 面进行固定； b. 在确定一对或以上空间平面基础上，加入一对控制点，通过这一对控制点实现对平 移矢量T的固定，本实现过程为：通过一对控制点实现两个测站平移参数t的固定，旋转的 固定通过一对空间平面进行固定。
2. 根据权利要求1所述的基于空间平面的点云拼接方法，其特征在于：参与拼接的空 间平面选择遵循如下原则： (1) 参与拟合平面的点云数量没有限制，但需要保证拟合平面方程的准确性； (2) 同名平面对之间不需要重叠区域，但需要保证这对平面都能表示同一个真实世界 中的空间平面； (3) 所选三对以上的平面必须能够在三维空间中形成唯一约束，而在同一测站中选择 的平行平面只能形成一个方向的约束。
【专利摘要】本发明公开了一种基于空间平面特征的地面站点云拼接方法，首先在两个点云中选择三对以上的平面，再利用这三对平面的平面方程和平面上的部分点计算出两个测站的转换模型，最后通过两种空间平面的选择方法和对应的计算过程，实现空间平面对两测站点云的唯一空间约束；本发明通过对点云拟合出空间平面后，利用空间平面的参数进行测站间转换矩阵的求解，达到免除放置人工标靶即可进行点云拼接的目的。
【IPC分类】G06T3-40
【公开号】CN104732484
【申请号】CN201510178870
【发明人】张飞, 危迟
【申请人】武汉海达数云技术有限公司
【公开日】2015年6月24日
【申请日】2015年4月16日