[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

本發明公開了一種基于圖像配準的機載激光點云與影像配準融合方法，用于將機載LiDAR系統采集的三維地形點云與航拍影像進行融合，生成真彩色三維點云圖，包括以下步驟：利用三維激光點云生成點云正射投影圖像A并建立點云?像素索引；利用航拍影像生成航拍正射拼接圖像B；對圖像A和圖像B進行圖像配準操作，將點云正射投影圖像A的像素坐標轉換到航拍正射拼接圖像B的像素坐標系下；利用點云?像素索引進行反投影，找到每一個點云對應的航拍正射拼接圖像B的像素坐標，將像素顏色值賦值給點云，融合后生成真彩色點云圖。本方法對點云數據與影像數據是否同步采集不作限制，甚至可以使用第三方生成的航拍或遙感正射影像作為配準圖像。

技術領域

本發明涉及無人機航拍測繪技術領域，具體涉及一種基于圖像配準的機載激光點云與影像配準融合方法。

背景技術

激光掃描測量技術(Light Detection And Ranging)，簡稱LiDAR，又稱“實景復制技術”，是三維數據技術和場景建模技術中最新的一種。機載LiDAR技術即把LiDAR技術使用在航空器上實現對地觀測，集全球定位系統、慣性導航系統與激光三種技術于一身，能夠快速高效地獲取地物表面每個采樣點的精確三維空間坐標。近年來，隨著機載激光掃描測量技術的快速發展，其在數字城市、災害監測、海岸工程、林業調查等方面具有廣闊的應用前景。然而，該技術只能獲取目標物體的離散三維空間坐標和反射強度信息，并不具備獲取物體真實紋理信息的能力。而隨著數字成像技術與圖像傳感器的快速發展，獲取高清可見光圖像并不是難題，與之對應的圖像處理和融合技術在機器視覺、遙感航拍領域獲得廣泛的應用。圖像帶有的目標物體紋理信息與激光掃描技術獲取的三維信息形成互補。

為了生成真彩色點云圖，需要將點云和影像進行配準融合。三維點云和航拍影像數據的配準融合是不同類型傳感器之間的數據配準融合問題，屬于經典的二維-三維融合問題。根據配準的流程與配準特征的區別，目前二維和三維的配準方法可以分為下面幾種：(1)激光掃描儀與相機同機位置標定法；(2)基于特征的3D-2D配準方法；(3)基于立體像對的3D-3D配準方法。第一種方法需要對相機和掃描儀固定安裝和同步采集，并且需要進行精確的標定操作，存在一定的局限性；第二種方法要求點云和影像中存在較為明顯的特征(點、線、平面)作為配準基元，且配準基元的提取精度對配準結果影響大；第三種方法對拍攝影像的傾斜角度和重疊度有要求，并且生成影像點云算法和過程較為復雜，精度也很難保證，不能滿足快速高效地生成真彩色點云的要求。針對無人機機載航拍測繪，當掃描對象為荒地、山峰或海岸線等明顯特征不多的地形時，現有的方法不能夠完全解決數據的快速高效配準融合問題。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有技術中的上述缺陷，提供一種基于圖像配準的機載激光點云與影像配準融合方法。

本發明的目的可以通過采取如下技術方案達到：

一種基于圖像配準的機載激光點云與影像配準融合方法，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；

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。

進一步地，所述步驟S1中生成點云正射投影圖像A的過程包括：S11、采樣過程；S12、量化過程；S13、插值過程。

進一步地，所述采樣過程包括：