[發明專利]一種基于2D激光掃描的室內室外環境建模方法及系統

在審

• 申請號: 201810142216.X
• 申請日: 2018-02-11
• 公開（公告）號: CN108510587A
• 公開（公告）日: 2018-09-07
• 發明（設計）人: 陳輝;徐鵬;黃曉銘;楊劍;崔承剛;孫錦中
• 申請（專利權）人: 上海電力學院
• 主分類號: G06T17/10
• 分類號: G06T17/10;G06T7/30
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 葉敏華

本發明涉及一種基于2D激光掃描的室內室外環境建模方法，包括步驟：S1：利用2D激光掃描儀采集環境場景中掃描站點的點云數據，進行預處理；S2：利用ICP算法對點云數據進行配準，獲取旋轉矩陣和平移向量；S3：對環境場景中各掃描站點的點云數據進行拼接及三維場景建模；本發明還公開了一種室內室外環境建模系統，包括2D激光掃描儀、旋轉云臺、云臺編碼器、電源和兩臺計算機，2D激光掃描儀由旋轉云臺搭載，云臺解碼器連接旋轉云臺，兩臺計算機分別連接2D激光掃描儀和云臺解碼器。與現有技術相比，本發明針對室內室外不同的環境信息能夠采用相同的方法進行建模，操作更加便捷、成本低，在室內室外環境都能實現很好的過渡，且速度快、收斂性好。

技術領域

本發明涉及三維物體重建領域，尤其是涉及一種基于2D激光掃描的室內室外環境建模方法及系統。

背景技術

三維激光掃描技術，或者叫做“實景復制技術”，能夠快速獲得物體表面采樣點的距離信息，并且得到一個大量點的集合，該技術精度高，速度快，并被廣泛應用于多個領域，如文化遺產的數字化重建和保護、建筑物檢測、精密監測建筑物的變形程度和堆積物測定等。現有三維重建方法常采用三維激光器。然而，因室內室外的環境信息不同，現有三維重建方法常常是對室內室外環境分別采用不同的方法進行建模，導致過程繁瑣、成本增加，且系統的適用性不強，室內室外環境無法實現很好的過渡。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種基于2D激光掃描的室內室外環境建模方法及系統。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種基于2D激光掃描的室內室外環境建模方法，該方法包括以下步驟：

步驟一、點云數據采集和預處理：

11)利用2D激光掃描儀采集針對同一場景的多個站點的原始點云數據；

12)去除原始點云數據中的無效數據，獲取有效點云數據；

13)將極坐標下的點云數據轉換到笛卡爾坐標系下，且笛卡爾坐標系以2D激光掃描儀位置為原點，即有：

其中，d_i為點云數據中第i個點到原點的距離；α為笛卡爾坐標系下的第i個點與原點之間的水平角；β為笛卡爾坐標系下的第i個點與原點之間的垂直角。

14)對有效點云數據進行去噪光順處理，包括剔除體外孤點和離群點，調整毛刺點噪聲，去除點云中的無效數據；

15)對有效點云數據進行精簡處理。

步驟二、利用ICP算法對多組點云數據進行配準，獲取旋轉矩陣R和平移向量T：

21)對點云集M中的每個點M_i(i＝1,…,n)采用歐幾里得距離模型，在另一點云集B中找到該點的對應平移變換向量最近距離的點，用B_i來表示；n為點云的數量。

22)根據步驟21)所獲取的對應點對，計算兩幀點云的對應旋轉矩陣R和平移向量T，具體包括以下步驟：

221)取單位四元數q_R＝[q₀ q₁ q₂ q₃]^T表示旋轉矩陣R，取向量q_T＝[q₄ q₅ q₆]^T表示平移向量T，旋轉矩陣R與q_R對應；

222)分別以點云集M和點云集B的重心坐標為中心，構建新的點云集：