地面三維激光掃描數(shù)據(jù)的特征配準(zhǔn).pdf

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1、第3期礦山測量No，32013年6月MINESURVEYINGJun．2013doi：10，3969／j．issn．1001—358X．2013．03．28地面三維激光掃描數(shù)據(jù)的特征配準(zhǔn)周繼峰(遼寧省冶金地質(zhì)勘查局四0三隊，遼寧鞍山114018)摘要：基于深度圖像的模型重建技術(shù)是當(dāng)前計算機圖形學(xué)研究的熱點，如何快速實現(xiàn)深度圖像的精確配準(zhǔn)是大場景模型重建的關(guān)鍵問題。文中針對地面三維激光掃描深度圖像的特征配準(zhǔn)展開研究，分別介紹了標(biāo)簽配準(zhǔn)、手工配準(zhǔn)及特征面配準(zhǔn)的原理與軟件實現(xiàn)?？蔀槔碚摗⒐こ萄芯刻峁﹨⒖?。關(guān)鍵詞：特征配準(zhǔn)；標(biāo)簽配準(zhǔn)；特征面配準(zhǔn)；地面

2、三維激光中圖分類號：P209文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B文章編號：1001—358X(2013)03—0085—04地面三維激光掃描系統(tǒng)可準(zhǔn)確、快速、無接觸地組配準(zhǔn)點對。數(shù)據(jù)配準(zhǔn)的實質(zhì)是對在不同的坐標(biāo)系獲取場景或物體的深度信息。由于受到儀器、環(huán)境中的點云數(shù)據(jù)進行坐標(biāo)變換，關(guān)鍵點是坐標(biāo)變換參和實體本身形狀的限制，三維掃描儀一次只能得到數(shù)(平移向量)和(旋轉(zhuǎn)矩陣)的求取。有了上面實體一個側(cè)面的深度信息，要想得到完整的形狀信的配準(zhǔn)點對，則在兩視角下測得的三維數(shù)據(jù)點之間息，必須采用多測站、多視角的掃描方式，然后將不的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換關(guān)系，應(yīng)使下面的目標(biāo)函數(shù)最?。和暯窍聮?/p>

3、描的三維數(shù)據(jù)進行拼合再轉(zhuǎn)換到同一坐E=ffqi一(+)『I(1)標(biāo)系下，最后在同一坐標(biāo)系內(nèi)進行數(shù)據(jù)融合。這種基于特征的配準(zhǔn)就是要在兩幅深度圖像中找到三維坐標(biāo)系的統(tǒng)一和點云融合過程就是數(shù)據(jù)配相對應(yīng)的一組幾何特征(可以是點、直線或平面等)，準(zhǔn)?。數(shù)據(jù)配準(zhǔn)是三維模型過程的關(guān)鍵技術(shù)，其精利用這組對應(yīng)特征，求出上述R和。利用特征進度直接制約激光掃描技術(shù)在工程中的推廣使用。行配準(zhǔn)的步驟為：數(shù)據(jù)配準(zhǔn)，本質(zhì)上是將兩個或兩個以上坐標(biāo)系(1)從原始點云數(shù)據(jù)中提取特征。中的深度圖像轉(zhuǎn)換至統(tǒng)一坐標(biāo)系統(tǒng)的過程。經(jīng)典的最為簡單和常用的幾何特征是點。理論上講，配準(zhǔn)方法有迭

4、代最近點(IterativeClosestPoint，ICP)具有一定重疊度的點云數(shù)據(jù)，只要有三對不共線的算法，和基于特征的配準(zhǔn)方法]。ICP算法只適同名點就可以完成數(shù)據(jù)配準(zhǔn)。同名點可以使用標(biāo)用于存在明確對應(yīng)關(guān)系的點集之間的配準(zhǔn)，若初始簽、標(biāo)靶或手工選擇公共特征點(連接點)。配準(zhǔn)估計不當(dāng)?shù)紫萑刖植孔顑?yōu)；基于特征的配①標(biāo)簽法。當(dāng)物體表面沒有明顯的特征時，可準(zhǔn)方法則無須初始配準(zhǔn)估計，但特征不足時無法結(jié)以通過在物體表面附加特征的方法來解決。常見的算。本文即針對特征配準(zhǔn)算法展開研究，理論與實做法是在物體表面粘貼標(biāo)簽，后期數(shù)據(jù)處理中就可踐并重的研究

5、了標(biāo)簽配準(zhǔn)、手工配準(zhǔn)及特征面配準(zhǔn)以根據(jù)前后兩個視角觀察的三個或三個以上不共線三種特征配準(zhǔn)算法的原理及軟件實現(xiàn)，可為理論、工的公共標(biāo)簽來對數(shù)據(jù)進行配準(zhǔn)。程研究提供參考。②標(biāo)靶法。當(dāng)前絕大多數(shù)激光掃描儀都配備了專用的球形靶標(biāo)(圖1)，通過掃描球形靶標(biāo)表面點1特征配準(zhǔn)原理云以獲取球心坐標(biāo)，利用剛體變換將相鄰點云轉(zhuǎn)換若記兩個不同視角下得到的三維點集分別為s至同一坐標(biāo)系下。=，i=1，2，?，k}和T={t；，i=1，2，?，z}。由于③手工配準(zhǔn)。若掃描時未設(shè)置標(biāo)簽和標(biāo)靶，后在不同視角下，特征點之間的相對位置未改變，因而處理時則需人工選擇至少三對同名點

6、來進行拼接。它們具有空間特征不變性。利用這種空間特征不變這種方法在較大程度上依賴于專業(yè)人員的經(jīng)驗，經(jīng)性，可得到在兩個視角下獲得的特征點三維數(shù)據(jù)點常用來進行數(shù)據(jù)的粗配準(zhǔn)。集子集P={P。，Pi∈s，i=1，2，?，n}和Q={qi，qi∈上述拼接的精度依賴于連接點的準(zhǔn)確程度。有T，i=1，2，?，凡}，其中P和qi一一對應(yīng)，故可得到n些掃描儀(如HDS4500)使用專用的標(biāo)靶，儀器自動85