[發明專利]基于四旋翼無人機激光雷達系統的城市地形三維重建方法

有效

• 申請號: 201811344145.8
• 申請日: 2018-11-13
• 公開（公告）號: CN109459759B
• 公開（公告）日: 2020-06-30
• 發明（設計）人: 吳晶華;王子建;王容川;葉曉東;孔令成;曾偉;張萍;宋戈;梁偉
• 申請（專利權）人: 中國科學院合肥物質科學研究院
• 主分類號: G01S17/89
• 分類號: G01S17/89;G01S19/42;G01S7/487;G01S7/493
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司 34101
• 代理人: 陸麗莉;何梅生

本發明公開了一種四旋翼無人機激光雷達系統的城市地形三維重建方法，其步驟包括：1數據獲取；2數據整合；3坐標系轉換4點云去噪；5點云抽稀；6模型可視化。本發明能實現實時自動化地表三維重建，無需人工參與，比從運動中恢復結構等傳統圖像三維重建方法精度更高速度更快，可用于各種類型的低成本快速地表三維重建。

技術領域

本發明機器視覺領域，具體的說是一種基于四旋翼無人機LiDAR系統的城市地形三維重建方法。

背景技術

隨著無人機技術的發展，消費級無人機價格不斷下降，以及激光雷達的小型化便攜化，中小型無人機搭載激光雷達進行地理測繪成為可能。目前無人機Lidar測繪普遍使用地面標靶定位和地面基站配合的方式，但使用起來對不同地貌的適應能力性不強，需要提前人為勘探，去測繪地點周圍樹立標靶，過程繁瑣效率低。同時取得的點云數據需要在基站進行離線處理，實時性不夠好。

近年來，隨著計算機視覺的發展和圖形計算能力的增強，也出現了依靠序列式圖像從運動中恢復結構的方法來對城市地形進行三維建模的技術，但通過拍攝圖片建模精度不夠高，容易出現模型空洞和扭曲，建模后的調整依賴人為參與，進行手工編輯和優化。導致模型不夠精準，容易混入人為主觀因素。諸如百度地圖等地圖的三維地圖功能也依賴于人工建模，自動化建模比例較低。

發明內容

本發明為了解決上述現有技術存在的不足之處，提供一種基于四旋翼無人機激光雷達系統的城市地形三維重建方法，以期能夠快速低成本的對一片目標區域進行掃描，從而實現自動化實時城市地形的三維重建，并保證較高的建模精度和較好的魯棒性。

為解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案是：

本發明一種基于四旋翼無人機激光雷達系統的城市地形三維重建方法的特點是按如下步驟進行：

步驟1、數據獲取：

步驟1.1、利用四旋翼無人機上的機載GPS實時獲取自身RMC格式的定位信息集合并按照順序逐幀發送給地面基站用于存儲，其中任意第α條定位信息包括：第α個GPS時間戳RMC_α.timestamp，第α個經緯度RMC_α.position，第α個航向信息RMC_α.track；

步驟1.2、利用四旋翼無人機上的機載激光雷達獲取城市地形數據集合D并按照順序逐幀發送給地面基站用于存儲，其中任意第j條城市地形數據d_j包含：第j個點號d_j.PointID、第j個空間坐標點(x_j,y_j,z_j)、第j個調節時間d_j.adjustedtime、第j個方位角d_j.Azimuth、第j個距離d_j.Distance、第j個反射強度d_j.Intensity、第j個雷達通道d_j.Laser_id、第j個點時間戳d_j.timestamp；

步驟2、數據整合：

從所述城市地形數據集合D和定位信息集合中選取滿足式(1)的各條城市地形數據和定位信息，從而得到n個數據并構成數據集P_fit：

d_j.timestamp＝RMC_α.timestamp (1)

步驟3、坐標系轉換：