[發明專利]一種基于特征的機載激光點云與影像數據融合系統及方法

在審

• 申請號: 201410479615.7
• 申請日: 2014-09-18
• 公開（公告）號: CN104268935A
• 公開（公告）日: 2015-01-07
• 發明（設計）人: 裴海龍;徐勇
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: G06T17/00
• 分類號: G06T17/00;G06T17/05
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 蔡茂略

技術領域

本發明涉及地理三維空間建模領域，特別涉及一種基于特征的機載激光點云與影像數據融合系統及方法。

背景技術

機載激光雷達(LIDAR)測量技術是一種新興的地理空間信息獲取技術。隨著硬件設備集成度的不斷提高，許多LIDAR系統中都集成了CCD(圖像傳感器)數碼相機，可以在測量獲取點云數據的同時得到被測場景的影像數據。通過機載激光掃描儀可以迅速獲取目標的空間信息及光照強度信息，這些信息有助于建立精確的DTM模型。由于受到激光掃描儀工作方式的限制，點云數據具有離散、密度不一、不規則性等特點，而且也無法直接獲得空間對象的表面紋理顏色信息，因此利用點云數據對目標對象進行識別和特征提取還是有一定的難度。雖然有些激光掃描儀接收光束的反射強度信息可以近似于物體的顏色，但畢竟不是真實的。

然而高分辨率的CCD數碼相機能夠獲取物體表面的紋理顏色信息具有采樣密度高、直觀、容易辨別物體細節的特點。這些特性與離散的三維激光點云正好形成了互補，利用數碼相機拍攝的CCD影像信息與激光點云進行融合處理，能很好地得到具有真實感場景模型，這對于點云模型的三維重建、城市建模、海岸帶保護等工作具有重要的意義。

目前國內在基于無人機低空飛行的激光點云與CCD影像數據的融合方案還存在著一些空白，而且大多數的融合方案中所采用的影像數據都是由集成在掃描儀上的相機所獲取的。

針對這一情況，本發明根據機載激光點云數據與CCD影像數據的各自的特點，設計了一種基于特征點匹配的方案來解決點云與影像數據的融合問題。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的缺點與不足，提供一種基于特征的機載激光點云與影像數據融合系統及方法。

本發明的目的通過以下技術方案實現：

一種基于特征的機載激光點云與影像數據融合系統，包括順序相連的點云與圖像數據采集模塊、影像數據拼接模塊、直接線性變換算法模塊和點云貼圖模塊；其中

點云與圖像數據采集模塊，采集點云數據和影像數據；

影像數據拼接模塊，利用SIFT圖像拼接算法將采集的影像相片進行拼接處理得到一幅全景圖片；

直接線性變換算法模塊，利用攝影測量理論中的共線方程建立三維點云與二維影像數據之間的變換關系；

點云貼圖模塊，在建立了這種變換關系之后，將像素點的RGB顏色信息賦給點云中的每個點，實現了兩種數據的融合。

所述的點云與圖像數據采集模塊包括點云數據采集模塊、圖像數據采集模塊，其中所述的點云數據采集模塊由搭載平臺、動態差分GPS系統、慣性導航系統INS、激光測距系統組成，

搭載平臺為直升機或固定翼飛機；

動態差分GPS系統由GPS基站和GPS移動站構成，GPS基站固定在地面某處，用于接收來自GPS衛星發射的定位信號然后將定位數據發射給安置在搭載平臺上的GPS移動站，由此得到搭載平臺的位置信息，慣性導航系統INS、激光測距系統均安裝在搭載平臺上，故確定激光信號發射參考點的空間位置坐標；

慣性導航系統INS利用陀螺儀和加速度計等慣性測量元件感受搭載平臺在飛行過程中的旋轉變換，經過積分運算，得到實時的姿態信息，包括橫滾角和俯仰角，偏航角由電子羅盤獲取；

激光測距系統能夠發射和接收激光脈沖，通過測量發射光束與接收光束的時間差來計算掃描儀與目標物體之間的距離；同時還能提供光強信息，這些信息最終能夠用來實現強度成像；

通過激光測距系統得到激光腳點的距離數據，結合由動態差分GPS系統輸出的搭載平臺的空間位置信息和慣性導航系統提供的姿態信息，可以聯合解算出激光腳點在當地水平坐標系NED下的三維坐標，這些坐標點的集合就是點云。

所述的圖像數據采集模塊，通過裝置在機載系統上的CCD數碼相機拍攝的航片，提供高分辨率的影像數據，這些數據能生成數字正攝影模型DOM產品或者用于點云融合。

本發明的另一目的通過以下技術方案實現：

一種基于特征的機載激光點云與影像數據融合方法，包含以下順序的步驟：

S1.采集點云數據和影像數據；

S2.利用SIFT圖像拼接算法將采集的影像相片進行拼接處理得到一幅全景圖片；

S3.利用攝影測量理論中的共線方程建立三維點云與二維影像數據之間的變換關系；

S4.在建立了這種變換關系之后，將像素點的RGB顏色信息賦給點云中的每個點，實現了兩種數據的融合。

步驟S2中，所述的SIFT圖像拼接算法包含以下步驟：