淺議三維激光掃描技術(shù)中紋理圖像與點(diǎn)云的配準(zhǔn)

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1、南京理工大學(xué)碩士學(xué)位論文三維激光掃描技術(shù)中紋理圖像與點(diǎn)云的配準(zhǔn)姓名：胡戩申請學(xué)位級(jí)別：碩士專業(yè)：控制理論與控制工程指導(dǎo)教師：郭玲20090608碩士論文三維激光掃描技術(shù)中紋理圖像與點(diǎn)云的配準(zhǔn)摘要利用三維激光掃描技術(shù)進(jìn)行場景的三維重建在文物保護(hù)、考古研究、虛擬現(xiàn)實(shí)等多個(gè)領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。近年來，隨著數(shù)據(jù)采集設(shè)備成本的降低，該領(lǐng)域受到了越來越多的學(xué)者的關(guān)注。然而現(xiàn)階段研究熱點(diǎn)大多集中在三維表面重建方面，卻較少考慮重建模型的紋理特征，無法滿足真實(shí)感三維重建要求。紋理映射工作是體現(xiàn)三維重建結(jié)果真實(shí)感的必要步驟，而實(shí)現(xiàn)該步驟的首要條件是解決紋理圖像與三維模型(點(diǎn)

2、云)之間的配準(zhǔn)問題。本文對該問題進(jìn)行了研究，主要工作包括以下幾方面：(1)從本實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有設(shè)備出發(fā)，分析了利用三維激光掃描儀進(jìn)行三維模型重建的相關(guān)原理和技術(shù)，并總結(jié)了目前用于紋理圖像與點(diǎn)云配準(zhǔn)的基本理論；(2)在室內(nèi)環(huán)境下，通過在數(shù)據(jù)獲取過程中引入反射片作為標(biāo)記物，設(shè)計(jì)了一種基于反射片配準(zhǔn)的方法：分別提取反射片在紋理圖像和點(diǎn)云中的形心坐標(biāo)作為配準(zhǔn)基元，計(jì)算出圖像與點(diǎn)云兩個(gè)坐標(biāo)系之間的變換，從而實(shí)現(xiàn)配準(zhǔn)；(3)在室外環(huán)境下，根據(jù)建筑物場景中往往含有大量直線和平面這一特點(diǎn)，給出了一種基于直線和平面特征的配準(zhǔn)方法。首先分別提取紋理圖像和點(diǎn)云上的直線，利用滅點(diǎn)的幾何屬

3、性從二維圖像計(jì)算場景三維特征，然后分別計(jì)算兩個(gè)坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)變換和平移變換，從而實(shí)現(xiàn)配準(zhǔn)。上述算法均在VC++平臺(tái)下結(jié)合OpenGL進(jìn)行了實(shí)現(xiàn)，并以本實(shí)驗(yàn)室的三維激光掃描設(shè)備采集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，對算法進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了上述算法的有效性。關(guān)鍵詞：三維激光掃描，紋理，配準(zhǔn)，滅點(diǎn)，反射片Abstract3Dreconstructionofrealscenesby3Dlaserscanningtechnologyhasbeenusedwidelyinmanyfields，suchasCulturalRelicProtection,ArchaeologicalResearch

4、，andVirtualReality．Recently，withthereducedcostofdataacquisitionequipment，therehasbeenallincreasingattentiontothisfield．However，mostoftheresearchesaredonefor3Dsurfacereconstruction，neglectingtexturefeaturesofthereconstructionmodel，SOtheneedofphoto—realistic3Dreconstructionhasn’tbeen

5、satisfied．TexturemappingiSanecessarysteptoshowphoto．realisticresultsofthe3Dreconstruction，whichcanberealizedonlyafterregistrationoftextureand3Dsurfacemodel(orpointclouds)iSdone．Theabove．mentionedproblemisstudiedinthispaper,andthemaincontributionsareasfollows：(1)Thetheoryandtechnolo

6、gyof3Dreconstructionisanalyzed，takingthe3Dlaserscannerinourlaboratoryas0．11example．Thebasictheoryofregistrationoftexturesandpointcloudsisalsosummarized．(2)Fortexturemappingofindoorenvironmentaldata,allalgorithrnispresentedbasedonreflectorsastiepoints，whichextractscentroidcoordinate

7、sintextureimagesandpointcloudsrespectivelyandtakesthemasregistrationelementstocomputethetransformationbetweenthetwocoordinatesystems，SOastoachievetheregistrationoftexturesandpointclouds．(3)Fortexturemappingofoutdoorenvironmentaldata,especiallythosewithagreatnumberoflinesandplanes，a

8、registrationmethodbasedonl