[發明專利]一種基于圖像配準的機載激光點云與影像配準融合方法

有效

• 申請號: 201710422435.9
• 申請日: 2017-06-07
• 公開（公告）號: CN107316325B
• 公開（公告）日: 2020-09-22
• 發明（設計）人: 裴海龍;黃榮恩;莊兆殿
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: G06T7/33
• 分類號: G06T7/33;G06T5/00
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 羅觀祥

1.一種基于圖像配準的機載激光點云與影像配準融合方法，其特征在于，所述方法包括下列步驟：

S1、對三維激光點云進行正射投影，生成點云正射投影圖像A并建立點云-像素索引，其中，所述的生成點云正射投影圖像A的過程包括：

S11、采樣過程，包括：

S111、選擇投影平面，建立像素坐標系并且計算投影平面內全部投影點的最小外包矩形，以北東地坐標系下的O-XY平面為投影面，以外包矩形的左上角為坐標系原點O，正南方向為V軸，正東方向為軸U，建立像素坐標系O-UV；

S112、計算點云X坐標和Y坐標的變化范圍，Y_max和Y_min分別代表Y軸坐標的最大和最小值，X_max和X_min分別代表X軸坐標的最大和最小值，通過手動設定投影圖像寬度W，像素大小S和圖像高度H的計算公式為：

S113、每個點云在投影圖像下對應的像素坐標為(u,v)，計算公式為：

S114、使用最鄰近法對像素坐標進行取整，將與之最鄰近的像素坐標賦給(u,v)，同時記錄點云坐標和像素坐標的對應關系，生成點云-像素索引；

S12、量化過程，具體為：

對每一個像素點的值進行量化填充，選擇高程進行量化生成高程投影圖像，選擇激光反射強度進行量化生成強度投影圖像；

S13、插值過程，具體為：

對于圖像中的空白像素，使用周圍的像素通過高階內插法進行內插，同時也對點云進行內插，并建立點云-像素索引，高階內插函數如下：

其中，|x|為周圍像素到(u,v)的距離值；

S2、對相機拍攝的航空影像進行畸變校正，對校正后的影像進行正射和拼接處理，生成航拍正射拼接圖像B；

S3、將點云正射投影圖像A作為浮動圖像，航拍正射拼接圖像B作為參考圖像，對點云正射投影圖像A與航拍正射拼接圖像B進行圖像配準操作，使用圖像配準算法求解變換參數，將點云正射投影圖像A的像素坐標變換到航拍正射拼接圖像B的坐標系下；

S4、使用投影過程中建立的點云-像素索引對點云正射投影圖像A的像素進行反投影，找到每個點云對應的航拍正射拼接圖像B的像素坐標，從而把航拍正射拼接圖像B的顏色值賦給對應的點云，生成真彩色點云圖。

2.根據權利要求1所述的一種基于圖像配準的機載激光點云與影像配準融合方法，其特征在于，所述步驟S3的圖像配準算法中圖像配準使用的變換模型為仿射變換模型，該仿射變換模型的齊次方程表達如下：

其中，(x_A,y_A)為點云正射投影圖像A的像素坐標，(x_B,y_B)為航拍正射拼接圖像B中的像素坐標，M為點云正射投影圖像A到航拍正射拼接圖像B的仿射變換關系，其中是旋轉、縮放和反轉的合成矩陣，是平移向量，該仿射變換模型有6個未知參數，找到3對不共線的同名特征點坐標即可求出未知參數。

3.根據權利要求2所述的一種基于圖像配準的機載激光點云與影像配準融合方法，其特征在于，所述仿射變換模型進行簡化的過程如下:

對未知參數作出限制，只考慮旋轉平移和縮放，令

a₁₁＝a₂₂＝kcosθ,a₁₂＝-a₂₁＝ksinθ,b₁＝kc₁,b₂＝kc₂,把仿射變換模型簡化成RST變換模型，表達如下：

其中k表示縮放比例，θ表示圖像間的旋轉角，[c₁,c₂]^T表示縮放前的平移向量，簡化后的RST變換模型有4個未知參數，找到2對同名特征點即可解算出結果。