[發明專利]基于多視角點云配準的岸線三維重建裝置及方法

有效

• 申請號: 201610093789.9
• 申請日: 2016-02-19
• 公開（公告）號: CN105787933B
• 公開（公告）日: 2018-11-30
• 發明（設計）人: 胡釗政;王相龍;李祎承;胡月志;李京
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: G06T7/33
• 分類號: G06T7/33;G06T17/00
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 王丹

本發明提供基于多視角點云配準的岸線三維重建裝置，包括二維激光傳感器、旋轉云臺、控制平臺和數據傳輸單元；二維激光傳感器固定在旋轉云臺上，二維激光傳感器以單線逐點掃描的同時，隨旋轉云臺一起旋轉；數據傳輸單元用于二維激光傳感器、旋轉云臺與控制平臺之間的數據傳輸；控制平臺用于輸出二維激光傳感器的參數、旋轉云臺的旋轉參數，利用二維激光傳感器的采集數據，進行岸線三維重建。本發明利用旋轉云臺結合二維激光傳感器采集岸線輪廓數據，利用相鄰視角點的單視角點云數據，通過空間柵格切割點云包絡空間，以每個柵格中的平均曲率為聚類標準，利用模糊c均值聚類方法提取屬性相似的點云，并進行配準和校驗，提高配準效率和精度。

技術領域

本發明涉及圖形建模領域，具體涉及一種基于多視角點云配準的岸線三維重建裝置及方法。

背景技術

岸線三維重建是指通過測繪方式獲取岸線三維結構信息并重建岸線三維模型,為資源規劃和決策輔助提供信息支持。常用的測繪采集數據方式有GPS測繪、航拍測繪和激光測繪等方式。GPS測繪難以在復雜的物體表面采集足夠多的數據點，導致無法重建場景的細節。航拍測繪易受橋梁，防風林的影響，造成攝影盲區，影響重建模型的準確性。與上述方法相比，激光測繪具有高精度、高效率、掃描方式靈活的特點，重建后所得的高精度模型具有較高的實用價值。

目前，在三維重建的方面已取得了一些成果，例如已授權的專利CN102163342B，授權日為2012年7月4日，專利名稱為“基于多尺度測量數據的果樹形態結構三維重建方法”，公開了一種利用激光傳感器重建果樹形態結構的三維重建方法。首先利用自適應采樣方法從點云中提取果樹枝干的骨架，然后通過隨機抽樣獲取幼枝和樹葉的形態特征，并建立模板庫，最后根據測量得到的冠層枝葉形態特征信息，利用模板庫和果樹枝干骨架模型重建果樹的三維模型。在點云配準方面已取得一些成果，例如已授權的專利CN103020960B，授權日為2015年8月19日，專利名稱為“基于凸包不變性的點云配準方法”，公開了一種基于凸包不變形的點云配準方法。首先利用最小凸多面體建立激光點云的凸包，并將凸包分解為一系列三角形，然后提取滿足匹配條件的三角形，最后根據三角形的四個特征點實現點云配準。已公開的專利CN104143210A，申請日為2014年07月31日，專利名稱為“一種多尺度法向特征點云配準方法”，公開了一種多尺度法向特征點云配準方法。該方法在相鄰視角的點云中隨機選取樣本子集，通過計算距離子集中心不同尺度半徑的法向量角度偏差和曲率，不斷迭代直到法向量角度差值小于設定的閾值，從而求取重合區域，再利用奇異值分解求得位置關系矩陣，實現相鄰視角點云配準。但該方法隨機選取樣本子集，導致搜尋樣本子集所需時間較長。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：提供一種基于多視角點云配準的岸線三維重建裝置及方法，提高ICP算法配準效率和精度。

本發明為解決上述技術問題所采取的技術方案為：一種基于多視角點云配準的岸線三維重建裝置，其特征在于：它包括數據采集單元、數據采集輔助單元、控制平臺和數據傳輸單元；其中：

數據采集單元為二維激光傳感器；

數據采集輔助單元包括旋轉云臺，所述的二維激光傳感器固定在旋轉云臺上，二維激光傳感器以單線逐點掃描的同時，隨旋轉云臺一起以一定的速率旋轉；

數據傳輸單元用于二維激光傳感器、旋轉云臺與控制平臺之間的數據傳輸；

控制平臺用于輸出二維激光傳感器的參數、旋轉云臺的旋轉參數，利用二維激光傳感器的采集數據，進行岸線三維重建。

按上述裝置，所述的數據傳輸單元由依次連接的串行通信模塊、大比特率信號轉換模塊和以太網通信模塊組成，二維激光傳感器和旋轉云臺分別與串行通信模塊連接，以太網通信模塊與所述的控制平臺通信。

按上述裝置，所述的二維激光傳感器的參數包括掃描距離、掃描角度及角度分辨率；旋轉云臺的旋轉參數包括旋轉范圍與旋轉速度。