基于坐标转换的地面激光扫描数据匀光匀色方法与流程

本发明涉及地面三维激光扫描和逆向三维建模技术领域，尤其涉及具有颜色信息的三维点云数据匀光匀色方法。

背景技术：

地面三维激光扫描技术和近景摄影测量技术的发展，使得地面三维激光扫描所得到的三维点云数据可以获得扫描目标在该点上的颜色信息，进而为逆向三维建模生成精细仿真的纹理创造条件。但是在地面三维激光扫描的过程中，需要对目标进行多角度、多测站的扫描，色彩信息获取容易受到光照、周围物体阴影遮挡等影响，造成同一目标不同测站点云颜色的强度和饱和度等不一致，会引起相邻测站点云交汇处纹理色彩不协调，影响彩色模型的整体效果。在纹理生成前，对异站点云色彩进行匀光匀色处理，使其颜色协调一致。

目前常用的匀光匀色方法多是针对二维图像，对于三维点云，传统二维匀光匀色方法并没有很好的适用性。对于海量具有颜色信息的三维点云数据，如何避免传统匀光匀色方法的缺陷，并自动、快速的进行计算，是实现数据地面激光扫描数据匀光匀色的关键。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决地面三维激光扫描和逆向三维建模技术领域中具有颜色信息的三维点云数据自动、快速匀光匀色问题。

本发明所采用的技术方案步骤如下：

(1)点云数据配准。从具有相同扫描部分的相邻地面激光扫描点云数据中选取特征点、特征线和特征面，其相同的特征作为同名特征，通过匹配同名特征点、特征线和特征面计算出点云的坐标转换参数，并根据坐标转换参数，计算点云新的坐标，使各站点云独立坐标转换到统一的坐标系下。

(2)同名点提取。提取配准后的相邻两站点云的共有部分，选取两站点云中较小的点间距的1/2作为阈值，遍历计算一站点云共有部分中所有点到另一站点云共有部分中的所有点的距离，将小于阈值的点对作为同名点进行保留。

(3)同名点验核。先将同名点的红、绿、蓝三色分量值作为XYZ空间中的X、Y、Z分量值，采用坐标转换七参数计算模型，根据同名点的各分量值计算出两站点云的颜色转换参数，然后回代计算出各个同名点转换后的三色分量值，求出各点残差，并统计中误差，按照一定的阈值剔除可疑同名点，并迭代此过程，直到中误差符合误差要求，结束该迭代。

(4)色彩转换参数计算。采用步骤(3)中的合格同名点，通过坐标转换七参数计算模型，解算出相邻测站的色彩转换参数。

(5)点云匀光匀色。分别计算两站点云颜色强度值的平均值与128差值较小，且颜色强度方差较大的点云作为基准站，然后基于色彩转换参数，对另一站站点云进行逐点的红、绿、蓝三色分量计算，得到转换后的新点云色彩。

该方法可以高效、批量的对多站具有颜色信息的地面三维激光扫描数据进行匀光匀色，为逆向三维建模中的纹理生成提供优质数据基础，在地面三维激光扫描和逆向三维建模技术领域能发挥很大作用。

附图说明

图1是相邻测站原始效果图；

图2是匀光匀色后效果图。

图3是完整计算流程图。

具体实施方式

本发明主要针对多站具有颜色信息的地面三维激光扫描点云数据存在的由于周围环境引起的相邻测站点云颜色差异，实现自动、快速、合理的匀光匀色，最终消除相邻测站点云色彩差异。本发明首先基于相邻测站的公共区域根据阈值选取同名点。然后基于坐标转换的概念，将点云的红、绿、蓝三个颜色分量作为空间中的三个方向向量，计算相邻测站的色彩转换参数。接着统计参数回代后各同名点的中误差，对可疑同名点进行过滤。最后通过合格同名点计算所得到的色彩转换参数，对测站所有点云进行匀光匀色。该方法可以高效、批量的对多站具有颜色信息的地面三维激光扫描数据进行匀光匀色，为逆向三维建模中的纹理生成提供优质数据基础，在地面三维激光扫描和逆向三维建模技术领域能发挥很大作用，并获得很好的经济效益。

下面结合附图和实例，对本发明实施步骤详细说明如下：

如附图1，图中为两组相邻具有重叠区域的地面激光扫描点云数据，需要将图中测站2进行匀光匀色。

(1)测站1右侧与测站2左侧为重叠区域，从重叠区域中选取特征点、特征线和特征面，通过匹配重叠区域中的同名特征点、特征线和特征面计算出两组点云数据的X、Y、Z三个坐标分量的旋转参数ω_X,ω_Y,ω_Z和平移参数ΔX,ΔY,ΔZ，并根据坐标旋转参数和平移参数，计算测站2点云新的坐标，使测站2点云坐标转换到测站1点云的坐标系下。

(2)提取配准后的测站1与测站2两站点云的重叠部分，由于测站1的点间距小于测站2的点间距，所以选取测站1的点间距的1/2作为筛选阈值，遍历计算测站1重叠部分中的所有点到测站2重叠部分的所有点，距离小于筛选阈值的点对作为同名点保留。

(3)参与参数计算的同名点可能因光线或环境原因导致颜色与真实颜色相差较大，所以需要进行过滤与筛选。首先将所有的同名点的红、绿、蓝三色分量值带入公式

其中R'、G'、B'为测站1某一同名点的颜色观测分量值，R"、G"、B"为测站2对应同名点的颜色观测分量值，ω_R,ω_G,ω_B为两RGB坐标系间的旋转系数，k为拉伸系数，ΔR,ΔG,ΔB为强度补偿系数，再联立误差方程，基于最小二乘法解算出以上转换参数。再基于该参数，计算出转换后的测站2同名点与测站1同名点在红、绿、蓝三个颜色分量上的差值。统计其中的误差，将两倍的中误差作为筛选可疑同名点的依据，剔除可疑同名点，再重复本步骤直至达到要求。

(4)基于合格的同名点，通过步骤(3)中的转换公式(1)，解算出测站2与测站1的色彩转换参数ω_R,ω_G,ω_B，k，ΔR,ΔG,ΔB。

(5)测站1的颜色强度平均值更为接近128，且颜色强度的方差更大，所以选择测站1作为基准站，然后基于色彩转换参数ω_R,ω_G,ω_B，k，ΔR,ΔG,ΔB，采用步骤(3)中的转换公式(1)，对测站2内的所有点红、绿、蓝三个颜色分量进行计算，得到转换后的新色彩，实现匀光匀色。

转换结果如附图2所示。

对应的流程图如附图3所示。