本发明算法相对于ICP算法有较好的鲁棒性和准确 性，特别是在点云特征不明显的情况下，这种优势更加明显。而且本发明算法的收敛速度很 快，消耗时间明显低于ICP算法。
[0130] 实施例二
[0131] 如图8所示，图8是本实施例二中机载激光扫描系统航带拼接装置的结构框图，可 见，该实施例公开了一种机载激光扫描系统航带拼接装置，具备包括以下模块：参数初始化 模块、体素单元划分模块、正态分布建立模块、体素单元对应模块、姿态变换参数求解模块、 点云集合空间移动模块
[0132] 其中，参数初始化模块801，用于对目标点云数据和待拼接点云数据进行抽样滤 波，得到抽样后的目标点云集合F= 和待拼接点云集合尤=^，…，又}。
[0133] 体素单元划分模块802,用于在目标点云集合Y中在相邻的区域划分和建立小的 体素单元集合B={bj;
[0134] 正态分布建立模块803,用于对所有的hGB，在每个体素单元1^中建立正态分 布，求得每个体素单元改进后的正态分布概率密度函数；
[0135] 体素单元对应模块804,用于对所有属于所述待拼接点云集合Z= ^…，毛丨中的 点4，找到忑所属于的体素单元hGB，然后把b,和b,内的每个点4对应保存起来；
[0136] 姿态变换参数求解模块805,用于利用所述待拼接点云集合的点云数据亏和其对 应的体素单元h，计算出相似度函数的值，然后利用牛顿迭代求相似度函数最大时的姿态 变换参数却= ，其中，tx，ty，tz，（i)x，uz分别为三个平移向量和三个 旋转向量；
[0137]点云集合空间移动模块806,用于利用所述姿态变换参数求解模块中得到的 新的姿态变换参数△多和上一个姿态变换参数声叠加并且更新姿态变换参数戶的值 尹1 3 + △/)，用更新后的姿态变换参数戶对待拼接点云集合进行空间移动，将移动后的点 云数据作为新的待拼接点云数据尤=^…;
[0138] 判断选择模块807,用于如果所述姿态变换参数求解模块中得到的姿态变换参数 △户小于设定的第一阈值，或者变换参数~5与所述姿态变换参数求解单元上一次计算得到 的姿态变换参数的差小于设定的第二阈值，即认为拼接结束，否则，减小体素单元边 距的设定值，把却保存为△瓦/,/，转至所述体素单元划分模块。
[0139] 在另一优选实施例中，机载激光扫描系统航带拼接装置还包括：
[0140] 空间分布抽样模块800,用于对所述目标点云数据和待拼接点云数据进行空间分 布抽样，抽样比例为20 % -30 %。
[0141] 值得注意的是，上述装置实施例中，所包括的各个模块或者单元只是按照功能逻 辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各模块或 者单元的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。
[0142] 本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的模 块及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能宄竟 以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员 可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出 本发明的范围。
[0143] 所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的装置、 模块和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
[0144] 上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的 限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化， 均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种机载激光扫描系统航带拼接方法，其特征在于，包括下列步骤： 51、 对目标点云数据和待拼接点云数据进行抽样滤波，得到抽样后的目标点云集合 和待拼接点云集合尤=圬，".，元}; 52、 在目标点云集合Y中在相邻的区域划分和建立小的体素单元集合B={bj; 53、 对所有的hGB，在每个体素单元b 建立正态分布，求得每个体素单元改进后 的正态分布概率密度函数； 54、 对所有属于所述待拼接点云集合1 = {无，中的点勾，找到忑所属于的体素单 元hGB，然后把bJPbi内的每个点乂对应保存起来； 55、 利用所述待拼接点云集合的点云数据4和其对应的体素单元计算出相似度函 数的值，然后利用牛顿迭代求相似度函数最大时的姿态变换参数兮=n夫『， 其中，tx，ty，tz，（i)x，巾y，4>z分别为三个平移向量和三个旋转向量； 56、 利用步骤S5中得到的新的姿态变换参数AJ3和上一个姿态变换参数戶叠加并且更 新姿态变换参数]3的值3 -P+如，用更新后的姿态变换参数f对待拼接点云集合进行空 间移动，将移动后的点云数据作为新的待拼接点云数据Z=H…，; 57、 如果步骤S5得到的姿态变换参数却小于设定的第一阈值，或者变换参数却与上 一次步骤S5计算得到的姿态变换参数的差小于设定的第二阈值，即认为拼接结束，否 贝1J，减小体素单元边距的设定值，把冲保存为，回到S2。2. 根据权利要求1所述的机载激光扫描系统航带拼接方法，其特征在于，所述步骤S1 之前，还包括： 对所述目标点云数据和待拼接点云数据进行空间分布抽样，抽样比例为20% -30%。3. 根据权利要求1所述的机载激光扫描系统航带拼接方法，其特征在于，所述点云数 据由机载激光扫描系统获取后采用KD树的数据结构组织形式。4. 根据权利要求1所述的机载激光扫描系统航带拼接方法，其特征在于，所述改进后 的正态分布概率密度函数为其中，为每个体素单元中的目标点云数据丨丨的均值，.为每个体素单元中的目标点云数据yj的协方差矩 阵，，其中cdPc2为通过所述体素单元内概率 密度函数的归一化积分计算得出的常数。5. 根据权利要求1所述的机载激光扫描系统航带拼接方法，其特征在于，所述步骤S5 中使用六参数模型为航带间点云数据的数据模型，姿态变换向量] 姿态变换参数tx，ty，tz，（i>x，巾y，叭分别为三个平移向量和三个旋转向量，令变换方程 将空间中待拼接点云数据忑按照姿态变换向量多进行旋转和平移之后到达新的 点，其中变换方程为其中Ci=cos(<i) i)，Si=sin(<i) i)。6. 根据权利要求1所述的机载激光扫描系统航带拼接方法，其特征在于，所述步骤S2 中体素单元的大小选择根据点云集合的点云密度和点云集合中的特征的明显程度，所述体 素单元内的点云数目为不小于8个，不多于15个；当机载激光扫描系统采集高度在50m时， 体素单元边距范围为0. 8m-l. 2m，当机载激光扫描系统采集高度在100m时，体素单元边距 范围为 1. 8m_2. 2m。7. 根据权利要求1所述的机载激光扫描系统航带拼接方法，其特征在于，所述第一阀 值和第二阀值设定为旋转角度低于〇. 〇5rad，平移量低于20cm。8. -种机载激光扫描系统航带拼接装置，其特征在于，包括下列模块： 参数初始化模块，用于对目标点云数据和待拼接点云数据进行抽样滤波，得到抽样后 的目标点云集合r= 和待拼接点云集合1 ={為，…4,}; 体素单元划分模块，用于在目标点云集合Y中在相邻的区域划分和建立小的体素单元 集合B={bj; 正态分布建立模块，用于对所有的hGB，在每个体素单元b 建立正态分布，求得 每个体素单元改进后的正态分布概率密度函数； 体素单元对应模块，用于对所有属于所述待拼接点云集合1 = …，又}中的点毛，找 到元所属于的体素单元hGB，然后把bJPbi内的每个点忑对应保存起来； 姿态变换参数求解模块，用于利用所述待拼接点云集合的点云数据毛和其对应的体 素单元h，计算出相似度函数的值，然后利用牛顿迭代求相似度函数最大时的姿态变换参 数卸= ，其中，tx，ty，tz，（i)x，uz分别为三个平移向量和三个旋转向 量； 点云集合空间移动模块，用于利用所述姿态变换参数求解模块中得到的新的姿态变换 参数A/5和上一个姿态变换参数p叠加并且更新姿态变换参数]5的值;5 +知，用更新 后的姿态变换参数P对待拼接点云集合进行空间移动，将移动后的点云数据作为新的待拼 接点云数据1 = [為，…，式; 判断选择模块，用于如果所述姿态变换参数求解模块中得到的姿态变换参数△声小于 设定的第一阈值，或者变换参数却与所述姿态变换参数求解单元上一次计算得到的姿态 变换参数的差小于设定的第二阈值，即认为拼接结束，否则，减小体素单元边距的设定 值，把呆存为△瓦《，转至所述体素单元划分模块。9.根据权利要求6所述的机载激光扫描系统航带拼接装置，其特征在于，还包括： 空间分布抽样模块，用于对所述目标点云数据和待拼接点云数据进行空间分布抽样， 抽样比例为20% -30%。
【专利摘要】本发明公开了一种机载激光扫描系统航带拼接方法与装置，该方法包括：在航带拼接中利用三维正态分布变换算法作为拼接算法，在机载激光扫描系统的点云数据中划分体素单元，并在体素单元内建立正态分布，正态分布的均值和方差代表体素单元的特征；然后建立相似度函数，在相似度函数值最大时可得航带间的偏移量。利用六参数变换模型，根据偏移量对相邻航带进行调整，最终将多条航带拼接为一体。此外本发明对该算法通过对比实验分析之后在航带拼接之前的抽样率、航带拼接过程中的数据组织方式和离散化三个方面选取更适合的方式和参数，具有更高的鲁棒性、更短的拼接时间和更好的拼接精度，同时对计算机的内存使用率也更低。
【IPC分类】G06F19/00
【公开号】CN104992074
【申请号】CN201510458483
【发明人】黄志安, 裴海龙, 黄紫健
【申请人】华南理工大学
【公开日】2015年10月21日
【申请日】2015年7月29日