多測(cè)站激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)的配準(zhǔn)方法介紹

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1、2010年第11期葛曉天，等:多測(cè)站激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)的配準(zhǔn)方法15文章編號(hào):0494-0911(2010)11-0015-03中圖分類號(hào):P237文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B多測(cè)站激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)的配準(zhǔn)方法1，211，222葛曉天，盧小平，王玉鵬，盧遙，李團(tuán)好(1．河南理工大學(xué)礦山空間信息技術(shù)國(guó)家測(cè)繪局重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南焦作454000;2．河南理工大學(xué)測(cè)繪學(xué)院，河南焦作454000)RegistrationMethodofLaserPointCloudDatainMulti-stationsGEXiaotian，LUXi

2、aoping，WANGYupeng，LUYao，LITuanhao摘要:三維激光掃描技術(shù)及其獲取的點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理技術(shù)是當(dāng)前測(cè)繪領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。多測(cè)站配準(zhǔn)是處理點(diǎn)云數(shù)據(jù)的關(guān)鍵步驟之一，配準(zhǔn)的方法將直接影響到后續(xù)的數(shù)據(jù)處理及三維建模的精度。采用基于特征同名點(diǎn)的粗略配準(zhǔn)和基于ICP算法的精確配準(zhǔn)方法，結(jié)合某建筑物實(shí)例研究，獲得較為精確的配準(zhǔn)后點(diǎn)云數(shù)據(jù)，證明了此方法的有效性和可行性。關(guān)鍵詞:三維激光掃描;多測(cè)站;點(diǎn)云數(shù)據(jù);配準(zhǔn);最鄰近迭代算法(ICP)［1］精確配準(zhǔn)方法，通過實(shí)例進(jìn)行了研究，獲得了較一、引言好

3、的配準(zhǔn)效果。三維激光掃描技術(shù)是國(guó)際上近幾年發(fā)展起來二、點(diǎn)云數(shù)據(jù)的配準(zhǔn)的一項(xiàng)高新技術(shù)，它的出現(xiàn)是測(cè)繪領(lǐng)域中繼GPS全球定位技術(shù)以來的又一次技術(shù)革命。與傳統(tǒng)的測(cè)三維激光掃描系統(tǒng)對(duì)目標(biāo)掃描一次只能得到繪技術(shù)不同，三維激光掃描技術(shù)主要是面向高精度一個(gè)側(cè)面的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，要獲取完整的、全方位的三三維建模，其原理是利用激光測(cè)距，密集地記錄目維表面信息，必須采用多測(cè)站、多視點(diǎn)掃描方能實(shí)標(biāo)物體的表面三維坐標(biāo)、反射率和紋理信息，對(duì)空現(xiàn)。由于掃描系統(tǒng)在不同位置掃描時(shí)其坐標(biāo)系不間目標(biāo)進(jìn)行真實(shí)的三維記錄。此外，三維激光掃描一致

4、，因此需要將多個(gè)測(cè)站掃描的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行拼技術(shù)還具有非接觸性、掃描速度快、精度高、數(shù)據(jù)信接，并轉(zhuǎn)換到統(tǒng)一的坐標(biāo)系，才能獲得物體表面完息豐富、全數(shù)字化等特點(diǎn)，目前在古建筑文物保護(hù)、整的形狀信息，整個(gè)過程就是點(diǎn)云數(shù)據(jù)的配準(zhǔn)。數(shù)字城市建模、變形監(jiān)測(cè)、工程管線、生物醫(yī)藥等領(lǐng)設(shè)三維激光掃描儀在兩個(gè)不同測(cè)站獲得的點(diǎn)域均得到了廣泛應(yīng)用，取得了一定的成果。云數(shù)據(jù)集合為P、Q，pi、qi為P、Q內(nèi)(pi(x，y，z)∈P，三維激光掃描數(shù)據(jù)的處理流程，主要包括點(diǎn)云qi(X，Y，Z)∈Q)同一目標(biāo)點(diǎn)在不同坐標(biāo)系下的構(gòu)數(shù)據(jù)的

5、獲取、去噪、配準(zhǔn)、構(gòu)建格網(wǎng)、三維建模等。像即同名點(diǎn)對(duì)。配準(zhǔn)就是將這兩個(gè)點(diǎn)云集合中同點(diǎn)云數(shù)據(jù)是由地面三維激光掃描儀來完成，包括準(zhǔn)名點(diǎn)對(duì)(pi，qi)進(jìn)行同一剛體變換(R，T)，即備工作、方案制訂、外業(yè)點(diǎn)云和影像數(shù)據(jù)獲取。去éXùéxù噪處理是將點(diǎn)云數(shù)據(jù)中的噪聲點(diǎn)剔除，減少數(shù)據(jù)冗êYú=Rêyú+T(1)余，從而提取出空間目標(biāo)的特征信息。構(gòu)建格網(wǎng)是êúêú?Z??z?將目標(biāo)表面點(diǎn)云數(shù)據(jù)以格網(wǎng)形式表現(xiàn)出來，通常采式(1)稱為空間相似變換公式，是點(diǎn)云配準(zhǔn)的基本用三角格網(wǎng)來描述模型表面。三維建模是經(jīng)過一公式。

6、式中，T為平移矩陣;R為旋轉(zhuǎn)矩陣(正交系列的數(shù)據(jù)處理后，對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行三維模型重陣)。建，提供有用的信息。其中配準(zhǔn)是處理點(diǎn)云數(shù)據(jù)的由于噪聲點(diǎn)的存在，兩組點(diǎn)云數(shù)據(jù)集P、Q中并關(guān)鍵步驟，配準(zhǔn)的方法將直接影響到后續(xù)的數(shù)據(jù)處不總是存在同名點(diǎn)對(duì)，配準(zhǔn)實(shí)際上是使下列目標(biāo)函理及三維建模的精度。目前配準(zhǔn)的方法主要有基［1-4］數(shù)值最小于點(diǎn)集配準(zhǔn)、基于特征配準(zhǔn)以及ICP算法。本文F(R，T)=∑[Rp+T－q]2=min(2)采用基于特征同名點(diǎn)的粗略配準(zhǔn)和基于ICP算法的ii收稿日期:2010-09-01基金項(xiàng)目:2

7、009年國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(973)資助項(xiàng)目(2009CB226107);河南省2009年基礎(chǔ)與前沿技術(shù)研究計(jì)劃項(xiàng)目(092300410056)作者簡(jiǎn)介:葛曉天(1987—)，男，安徽滁州人，碩士生，主要從事攝影測(cè)量與遙感領(lǐng)域的研究。16測(cè)繪通報(bào)2010年第11期配準(zhǔn)過程分為兩個(gè)步驟:首先是確定同名點(diǎn)法(ICP)。對(duì)，解算旋轉(zhuǎn)矩陣R和平移矩陣T;然后進(jìn)行配準(zhǔn)，ICP搜索最鄰近點(diǎn)的方法主要有點(diǎn)到點(diǎn)搜索即確定配準(zhǔn)目標(biāo)函數(shù)并獲取最佳變換參數(shù)。法、點(diǎn)到面搜索法和點(diǎn)到投影搜索法。點(diǎn)到點(diǎn)搜索法是ICP算法

8、中最經(jīng)典的一種方法，運(yùn)用kd-tree的三、配準(zhǔn)算法算法，依據(jù)源曲面上的一個(gè)點(diǎn)q，在目標(biāo)曲面上找到同名點(diǎn)對(duì)的確定直接影響到配準(zhǔn)的精度。在對(duì)應(yīng)于點(diǎn)q距離最近的點(diǎn)p。點(diǎn)到面搜索法是依據(jù)實(shí)際作業(yè)過程中，由于激光斑點(diǎn)的大小、激光掃描源曲面上點(diǎn)q的切平面的法向量，相交于目標(biāo)曲面儀的設(shè)置、掃描距離的不同等因素的影響，很難保的點(diǎn)p1，根據(jù)目標(biāo)曲面上點(diǎn)p1求出經(jīng)過點(diǎn)p1的切證在不同測(cè)站點(diǎn)獲取同一目標(biāo)點(diǎn)。因此，這就需要平面，然后得到原曲面上點(diǎn)q到經(jīng)過點(diǎn)p1的切平面先進(jìn)行粗略配準(zhǔn)，然后再