[發明專利]一種球面全景影像與三維激光掃描點云的配準及測量方法

有效

• 申請號: 201210490922.6
• 申請日: 2012-11-27
• 公開（公告）號: CN103017653A
• 公開（公告）日: 2013-04-03
• 發明（設計）人: 劉守軍;龔書林
• 申請（專利權）人: 武漢海達數云技術有限公司
• 主分類號: G01B11/00
• 分類號: G01B11/00;G06T7/00
• 代理公司: 武漢華旭知識產權事務所 42214
• 代理人: 周宗貴;劉榮

技術領域

本發明涉及一種將球面全景影像與三位激光掃描點云進行配準以及配準后根據圖像進行快速測量的方法，屬于光電測繪領域。

背景技術

三維激光點云是物體表面的高精度三維坐標，通過點云直接可以獲取地物坐標及特征信息，但沒有紋理和顏色信息，表現不直觀。球面全景影像數據具有形象的紋理和顏色信息，可以作為三維激光點云數據的紋理補充。三維激光點云數據和球面全景影像數據各有優勢和特長，倘若將三維激光點云和全景影像數據結合使用，那么既可以通過三維激光點云可以找到對應影像像素，進行點云著色，反之以球面全景影像作為展現載體，通過影像素坐標可以找到對應三維激光點云，進行地物量測。但是要實現上述目的必須解決兩者之間的配準問題，該問題目前是研究的熱點。同時，如何在在配準后的球面全景視圖中根據任意像素快速獲取的點云坐標也是亟待解決的問題，由于海量的點云數據不適合于互聯網的應用，想要解決球面全景影像快速測量問題必須解決點云數據的存儲難題。

發明內容

本發明提供了一種球面全景影像與三維激光掃描點云的配準及測量方法，解決了上述背景技術中的難題，該方法不僅能夠將球面全景影像與三維激光掃描點云進行高度配準，同時還能夠對目標點實現快速測量。

實現本發明上述目的所采用的技術方案為：

一種球面全景影像與三維激光掃描點云的配準及測量方法，包括以下步驟：

（1）、用單位球體的三維結構模擬球面全景影像，將球面全景影像的像素坐標（u，v）首先轉換為球面極坐標，然后將球面全景影像的球面極坐標轉換為三維直角坐標(x₀，y₀，z₀)；

（2）、在球面全景影像中選取三個以上的分別位于不同平面上的點作為控制點，同時與之對應的在點云數據中選取上述控制點，根據控制點在球面全景影像中的坐標以及在點云數據中的坐標，即可計算得出球面全景影像在點云數據中的姿態參數(φ，ω，κ)，以及球面全景影像的光心在點云數據中的位置坐標(Xc，Yc，Zc)，從而將球面全景影像在點云數據中進行配準；

（3）、以球面全景影像的光心位置坐標(Xc，Yc，Zc)為原點，搜索空間范圍內的點云，將搜索到的每一個點至光心的距離值d均轉化為RGB值，將轉化后的RGB值以圖片格式存儲，得到球面全景影像的深度圖；

（4）、當需要在球面全景影像上測量時，將鼠標移動到需要測量的目標點位置，此時讀取目標點的像素坐標（u，v）以及球面極坐標，根據姿態參數(φ，ω，κ)以及像素坐標（u，v）計算目標點在球面全景影像的深度圖中的像素坐標（u′，v′），讀取此像素中的RGB值，并將其轉化為距離值d，最后根據距離值d和角度坐標，即可計算得出目標點的三維坐標(x,，y，z)。

步驟（1）中像素坐標（u，v）轉換為球面極坐標的公式為：

，

式中，dx為球面全景影像的縱向像素大小，dy為球面全景影像的橫向像素大小；球面極坐標轉換為三維直角坐標(x₀，y₀，z₀)的計算公式為：

。

步驟（2）中姿態參數(φ，ω，κ)以及球面全景影像的光心位置坐標(Xc，Yc，Zc)的計算方法為：根據點云數據中的點、球面全景影像中的點以及球面全景影像球心三點共線，得到以下關系式：

其中R為旋轉矩陣，

轉換后得：

其中：

，

，

其中a₁、a₂、a₃、b₁、b₂、b₃、c₁、c₂、c₃為旋轉矩陣的元素；

將轉換后的公式展開，得：

設：,

則：,

,

又設：，

其中?、?為觀測值，其相應的改正數為?_?、?_?；將上式用泰勒公式展開成線性形式，即可得到線性化的誤差方程如下：

，

其中，（α）、（β）為使用待定參數的近似值帶入公式中求出的α、β的計算值，ΔXc、ΔYc、ΔZc、Δφ、Δω、Δκ為未知數Xc、Yc、Zc、φ，ω，κ的改正數；