[發明專利]一種基于點云與影像數據的三維可視化方法和系統

有效

• 申請號: 201710346585.6
• 申請日: 2017-05-16
• 公開（公告）號: CN107194983B
• 公開（公告）日: 2018-03-09
• 發明（設計）人: 肖力;張星;岳東;孫志剛;王卓
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G06T15/55
• 分類號: G06T15/55;G06T7/50
• 代理公司: 華中科技大學專利中心42201
• 代理人: 李智,曹葆青

技術領域

本發明屬于點云三維可視化領域，更具體地，涉及一種基于點云與影像數據的三維可視化方法和系統。

背景技術

目前較多類型的三維激光掃描儀由于自身硬件和工作方式的限制，僅能采集目標場景的三維坐標點云數據，這些點云數據并不包含目標場景真實的顏色紋理信息，因此只能以單色或假色彩顯示。高分辨率相機攝影測量技術的成熟成功彌補了三維激光掃描儀的先天性不足，通過相機采集的目標場景的影像數據，包含豐富的顏色紋理信息，且像素密度高，與三維激光點云數據正好形成了優勢互補。

然而目前還沒有一套完整的從數據采集和融合到最終渲染顯示的點云三維可視化方案出現，嚴重影響了激光點云技術的拓展。因此急需一套完整可行的融合激光點云和影像數據的三維可視化方案，提高點云數據對于普通用戶的可訪問性和可用性，解決以往點云真實感差、可訪問性受限的技術問題。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種基于點云與影像數據的三維可視化方法和系統，其目的在于將點云數據投影到影像數據中后，對點云數據進行著色，利用三維渲染技術，得到目標場景的三維可視化模型。由此解決以往點云真實感差、可訪問性受限的技術問題。

為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供了一種基于點云與影像數據的三維可視化方法，包括下列步驟：

S1：采集目標場景的影像數據和點云數據；

S2：對點云數據進行上采樣，將上采樣后的點云數據投影到影像數據中進行融合，對融合后的點云數據進行著色，得到彩色點云數據；

S3：利用彩色點云數據進行三維渲染，得到目標場景的三維可視化模型。

進一步的，步驟S1的具體實現方式為：獲取相機的內部投影矩陣以及激光掃描儀到相機的外部變換參數，利用相機采集的影像數據，利用激光掃描儀采集點云數據。

進一步的，步驟S2包括：

S21：對點云數據進行離群點去噪，對影像數據進行平滑和均衡化處理，對離群點去噪后的點云數據進行上采樣；

S22：將上采樣后的點云數據投影到影像數據中，計算點云數據中每個三維點對應影像數據的二維像素坐標，根據二維像素坐標對三維點進行著色，得到彩色點云數據。

進一步的，上采樣的具體實現方式：輸入點云密度閾值，然后計算點云數據中的每個采樣點的點云密度，對于密度小于點云密度閾值的采樣點，查找其鄰域點投影到切平面，形成投影點集；在切平面上構造投影點集的Voronoi圖，選擇半徑最大的圓的頂點加入投影點集，并重新構造Voronoi圖，重復構造Voronoi圖，直到半徑最大的圓的半徑小于輸入的圓的半徑閾值；將新增頂點的投影點作為新增的點加入到點云數據中。

進一步的，點云數據投影到影像數據中的第一幅影像的投影關系，由內部投影矩陣和外部變換參數決定。

進一步的，步驟S3包括：

S31：將彩色點云數據上傳到遠程應用服務器，遠程應用服務器對彩色點云數據進行多分辨率處理并開啟服務接口；

S32：通過瀏覽器訪問服務接口，從遠程應用服務器加載處理后的彩色點云數據并在瀏覽器中進行三維渲染，得到目標場景的三維可視化模型。

按照本發明的另一方面，提供了一種基于點云與影像數據的三維可視化系統，包括數據采集模塊、數據處理模塊和數據可視化模塊，

數據采集模塊，用于采集目標場景的影像數據和點云數據，輸入數據處理模塊；

數據處理模塊，用于接收影像數據和點云數據，對點云數據進行上采樣，將上采樣后的點云數據投影到影像數據中后進行融合，對進行融合后的點云數據進行著色，得到彩色點云數據輸入數據可視化模塊；

數據可視化模塊，用于接收彩色點云數據，進行三維渲染，得到目標場景的三維可視化模型。

進一步的，數據采集模塊包括相機和激光掃描儀，獲取相機的內部投影矩陣以及激光掃描儀到相機的外部變換參數，相機用于采集的影像數據，激光掃描儀用于采集點云數據，相機安裝在激光掃描儀的水平旋轉軸上。

進一步的，數據處理模塊包括：

采樣子模塊，用于對點云數據進行離群點去噪，對影像數據進行平滑和均衡化處理，對離群點去噪后的點云數據進行上采樣；

著色子模塊，用于將上采樣后的點云數據投影到影像數據中進行融合，計算點云數據中每個三維點對應影像數據的二維像素坐標，根據二維像素坐標對三維點進行著色，得到彩色點云數據。

進一步的，數據可視化模塊包括：