[發明專利]聯合激光掃描和影像匹配的三維點云生成方法

有效

• 申請號: 201610968752.6
• 申請日: 2016-10-28
• 公開（公告）號: CN106780712B
• 公開（公告）日: 2021-02-05
• 發明（設計）人: 黃旭;周剛;陸正武;樊海波;蔡剛山;范超
• 申請（專利權）人: 武漢市工程科學技術研究院
• 主分類號: G06T17/00
• 分類號: G06T17/00
• 代理公司: 武漢開元知識產權代理有限公司 42104
• 代理人: 潘杰;李滿

本發明涉及一種聯合激光掃描和影像匹配的三維點云生成方法，它包括如下步驟：1、激光LiDAR點云完整度評估；2、弱/無反射區域三維點云生成；3、線特征地物的三維點云生成；4、激光LiDAR點云和密集匹配點云融合。本發明充分利用激光掃描技術和影像密集匹配技術各自的優勢，根據影像密集匹配技術，解決激光掃描在弱/無反射區域和線狀地物區域表現較弱的問題；根據原始的LiDAR點云，極大程度上減少密集匹配的計算量，能夠快速獲得完整、高精度、密集的三維點云產品。

技術領域

本發明涉及三維點云獲取技術領域，具體涉及一種聯合激光掃描和影像匹配的三維點云生成方法。

背景技術

21世紀是一個信息化的時代，突出表現在將人類世界以信息化的方式進行顯示、統計、分析和應用。美國前副總統戈爾在1998年的演講中，提出了“數字地球”的概念，掀起了一股數字地球研究的浪潮。2005年，谷歌公司推出了GoogleEarth產品，將航片、衛片數據映射到虛擬的數字地球上，便于用戶瀏覽和使用世界各地的地理信息產品。在全世界正從數字地球向智慧地球發展的過程中，我國也在推動“數字中國”、“智慧城市”等的快速發展，在為政府部門、企事業單位和社會公眾等提供公共管理、突發事件應急、科學決策等服務方面具有重要意義。

數字表面模型(Digital Surface Model,DSM)是以數字化的形式，表達地球自然表面和人工地物的三維模型，是“智慧城市”重要的顯示和分析工具。近十年來，隨著“數字中國”、“智慧城市”的快速發展，對DSM生成的精度、速度和分辨率提出了越來越高的要求。激光掃描和立體影像密集匹配技術是目前兩種主流的地形地物三維信息獲取手段，通過將相機、LiDAR等傳感器搭載于車輛、無人機、航空飛機乃至衛星等不同高度的遙感平臺，間接或直接地快速獲取測區地表的三維測繪信息。

LiDAR(Light Detection And Ranging，激光探測與測量點云)系統由全球定位系統(GPS)、慣性導航系統(IMU)以及激光器(Laser Scanner)共同組成，以主動方式快速獲取地面模型及空間點云信息，具有速度快、時效性強、作業范圍大等優點。但是LiDAR系統成本昂貴，且點云密度較低(與對應的影像分辨率比較而言)，無法很好地描述線狀地物；并且由于自然地表和建筑物的材質問題，在某些區域無法形成反射點，無法很好地為智慧城市等三維重建應用服務。

影像密集匹配通過覆蓋一個測區的多張立體影像，根據同名光線對對相交的原理，從影像的二維信息恢復整個測區的三維空間信息。與LiDAR激光點云相比，立體影像具有密集匹配點云密度大、平面精度高、粗差剔除技術完善、影像上的地物幾何特征更明顯、影像數據獲取成本低等突出優勢。但是影像匹配的結果取決于地物紋理情況以及影像輻射質量。影像密集匹配技術在紋理貧乏區域、重復紋理區域表現較弱。較差的影像輻射質量以及陰影區域也會嚴重影響匹配結果。影像密集匹配往往速度較慢，很難達到實時的要求，嚴重制約數字城市的重建速度。

由于上述兩種技術各自的不足，單純地采用激光掃描，或者單純地采用影像密集匹配，均無法很好地描述測區地表的三維信息。為了滿足高精度、高分辨率、高實時性的三維重建的需求，需要將兩種技術相結合，充分發揮各自的優勢，得到完整可靠的點云產品，能夠滿足快速、大范圍、高精度、高分辨率三維重建的需求，為數字地球、智慧城市的發展提供技術支撐，為社會的可持續發展服務。

發明內容

本發明的目的在于提供一種聯合激光掃描和影像匹配的三維點云生成方法，該方法充分發揮激光掃描技術和影像密集匹配技術各自的優勢，利用激光掃描技術直接快速獲取測區的三維點云，對于線狀地物、無反射點區域(如水面)等掃描困難區域，采用影像密集匹配技術獲取掃描困難區域的三維點云，最終快速生成稠密的高精度的三維點云，為智慧城市等應用服務。

為解決上述技術問題，本發明公開的一種聯合激光掃描和影像匹配的三維點云生成方法，其特征在于，它包括如下步驟：