[發明專利]一種地面三維激光點云與探地雷達圖像融合的方法

有效

• 申請號: 201710630034.2
• 申請日: 2017-07-28
• 公開（公告）號: CN107544095B
• 公開（公告）日: 2019-03-08
• 發明（設計）人: 張迪;劉紹堂;王果;蔣瑞波;肖海紅
• 申請（專利權）人: 河南工程學院
• 主分類號: G01V3/12
• 分類號: G01V3/12;G01S19/42;G01S13/89;G06K9/62;G06T7/30
• 代理公司: 鄭州優盾知識產權代理有限公司 41125
• 代理人: 張紹琳;栗改

本發明公開了一種地面三維激光點云與探地雷達圖像融合的方法，在探地雷達圖像與GPS數據同步采集基礎上，利用改進的電磁波路徑傳播模型實現探地雷達圖像的時深轉換，以地面三維激光數據所在坐標系為參考，結合地理參考絕對定位方程將兩不同源異構數據轉換到同一坐標系下，實現數據融合。本發明根據地面三維激光掃描儀與探地雷達的數據特點，提出基于三維激光點云與探地雷達圖像融合方法，實驗結果和誤差分析證明，流程比較簡單，融合精度較高，具有廣泛的適應性；克服兩不同源異構數據的分辨率和數據量之間的差異，充分發揮三維激光掃描儀與探地雷達兩個傳感器各自優勢，實現兩種不同類型數據之間的有效融合。

技術領域

本發明涉及圖像處理領域，具體涉及一種地面三維激光點云與探地雷達圖像融合的方法。

背景技術

探地雷達作為利用高頻電磁波來確定淺表地層構造的無損地球物理探測技術，由于其操作簡便、檢測范圍廣、探測深度深和分辨率高等特點，已被廣泛應用于考古探測、地質工程勘察、公路病害檢測、道路空洞和地下水污染探測等諸多領域，取得了較好的應用效果。地面三維激光掃描儀以非接觸的測量方式快速獲取被測物體外部幾何形態或三維場景，近年來應用也很廣泛。

地面三維激光掃描儀可以獲取被測物體外部精細的幾何形態或三維場景，但無法穿透物體實現對其內部結構的有效探測，而探地雷達可以穿透物體或地面獲取內部異常形態。因此，將地面三維激光掃描儀和探地雷達獲取的數據進行融合成為目前研究的熱點之一。

探地雷達獲取的數據是由連續單道波組成在水平和豎直方向上呈一定比例的二維時間剖面，而地面三維激光掃描儀獲取的則是具有拓撲關系的離散點云。地面三維激光點云與探地雷達圖像為非同源遙感數據，兩種數據源之間既沒有統一的坐標系統，又不存在同名特征，目前沒有一種方案能克服兩種非同源異構特征而實現兩數據之間的配準融合。

發明內容

針對地面激光點云與探地雷達圖像的數據沒有較好的融合實現方法，融合精度不確定的技術問題，本發明提出一種地面三維激光點云與探地雷達圖像融合的方法，解決了兩異構數據源之間的配準整合問題，實現了兩種數據之間的融合顯示，很好地發揮了兩種技術的各自優勢，克服了單一數據源缺陷，促進了兩種數據之間的相互解譯，提高了探地雷達圖像解譯的準確性。

為了解決上述技術問題，本發明的技術方案是：一種地面三維激光點云與探地雷達圖像融合的方法，在探地雷達圖像與GPS數據同步采集基礎上，利用改進的電磁波路徑傳播模型實現探地雷達圖像的時深轉換，以地面三維激光數據所在坐標系為參考，結合地理參考絕對定位方程將兩不同源異構數據轉換到同一坐標系下，實現數據融合，其步驟如下：

步驟一：地面三維激光掃描儀采集的點云數據和高分辨率影像直接融合生成彩色激光點云，進行濾波和抽稀處理后，結合三個或三個以上地面已知控制點通過七參數轉換法將彩色激光點云由儀器坐標系轉換到大地坐標系下；

步驟二：對探地雷達采集的二維時間剖面圖像進行相應的數據后處理，后處理包括解震蕩濾波、自動增益、背景濾波、帶通濾波和圖像平滑處理；

步驟三：根據探地雷達和GPS同步采集后的時間同步文件，將處理后的探地雷達圖像與GPS坐標進行精確匹配，得到探地雷達圖像豎直方向上首個采樣點的坐標；

步驟四：在改進的電磁波傳播路徑模型基礎上，根據電磁波在介質中的傳播速度實現探地雷達圖像縱軸方向上的時深轉換，由首個采樣點的坐標得到探地雷達圖像上所有采樣點坐標；

步驟五：根據探地雷達數據采集方式建立了探地雷達探測空間坐標系，以三維激光點云所在坐標系為參考，建立三維激光點云與探地雷達坐標系之間的參數轉換模型，將探地雷達圖像上所有采樣點統一到同一坐標系中，實現探地雷達圖像與三維激光點云的融合。

所述七參數轉換法將彩色激光點云轉換為大地坐標系下的方法為：