[發明專利]一種基于古文物LiDAR點云的三維變化檢測方法

有效

• 申請號: 201910348858.X
• 申請日: 2019-04-28
• 公開（公告）號: CN110335234B
• 公開（公告）日: 2022-05-20
• 發明（設計）人: 孟慶祥;伍煒超;孔云鵬
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00;G06T7/33
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 唐萬榮

本發明公開了一種基于古文物LiDAR點云的三維變化檢測方法，該方法包括：步驟1、對LiDAR點云數據分別進行濾波和插值處理，生成三維點云模型；步驟2、對兩個三維點云模型進行粗配準操作；步驟3、對兩個三維點云模型進行精確匹配；步驟4、建立三維參考坐標系，并將三維點云模型歸納到該坐標系下，使三維點云滿足最大面朝上；步驟5、在重采樣格網下對兩個三維點云模型分別進行重采樣；步驟6、對重采樣點云進行差值處理，得到差值影像；步驟7、對差值影像進行處理，獲取點云模型變化區域；步驟8、根據既定的閾值對變化區域進行結果渲染。本發明能更加準確地檢測出古文物表面的變化，具有數據更新快，成本低，精度高，可進行定量的分析的特點。

技術領域

本發明涉及測繪科學與技術領域，尤其涉及一種基于古文物LiDAR點云的三維變化檢測方法。

背景技術

變化檢測的數據源有遙感影像、正射影像、LiDAR(激光雷達)點云數據等。其中，LiDAR不受光照和環境條件的限制，能快速獲取低成本、高精度的物體表面的三維坐標，為準確提取古文物表面幾何特征提供了良好的數據源。特別地，相比于其他方法，LiDAR點云數據可提供古文物高精度的三維信息。但是由于激光雷達點云數據缺乏紋理信息，同時數據密度分布不均勻并且在三維空間中呈不規則性、不連續分布。因此直接利用LiDAR點云數據進行古文物表面三維變化檢測比較困難，尤其是在比較對象形狀復雜、邊界細節較多時，很難進行準確、快速的變化檢測。

通過攝影測量獲取的正射影像數據空間分辨率高，同時數據分布連續，具有十分豐富紋理信息，但是影像數據不能提供高精度的三維信息。故將LiDAR點云數據和影像數據結合進行古文物表面的三維變化檢測可以達到不同數據源的優勢互補。兩種數據源的融合研究對于古文物高效率、高精度的三維變化檢測，對于LiDAR數據后處理技術發展以滿足實際應用都有十分重要的研究價值。

現有的變化檢測方法有：(1)基于代數運算的變化檢測方法，包括圖像差分、圖像比值、圖像回歸方法、圖像植被指數差分、變化矢量分析和背景相減等方法；(2)基于圖像變換的變化檢測方法，包括主成分分析方法(PCA)、穗帽變換方法(KT)、典型相關分析等方法；(3)基于圖像分類的變化檢測方法，包括分類后比較方法，多時相圖像直接分類方法(也稱光譜/時相分類)；(4)基于對象的變化檢測方法；(5)基于統計模型的變化檢測方法；(6)基于小波變換的變化檢測方法。

盡管上述各種變化檢測方法采用的變化檢測基本單元不同，變換檢測的策略差別很大，但它們都只使用二維影像的平面信息，沒有充分顧及三維變化，而古文物一個十分重要的變化就表現在三維角度上的變化上。因此迫切需要尋求考慮三維變化的變化檢測方法。

發明內容

本發明要解決的技術問題在于針對現有技術中的缺陷，提供一種基于古文物LiDAR點云的三維變化檢測方法。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

本發明提供一種基于古文物LiDAR點云的三維變化檢測方法，該方法包括以下步驟：

步驟1、對兩個不同時期的LiDAR點云數據分別進行濾波和插值處理，生成兩個不同時期的三維點云模型；

步驟2、對兩個三維點云模型進行粗配準操作，進行剛體變換操作，使兩個三維點云模型完成粗配準，剛體變換操作包括：平移、旋轉；

步驟3、對兩個三維點云模型進行精確匹配，計算兩個三維點云模型的特征點，通過ICP算法使兩個三維點云模型根據特征點精確配準；

步驟4、建立三維參考坐標系(X,Y,Z)，并將三維點云模型歸納到該坐標系下，使三維點云滿足最大面朝上；最大面朝上，即通過旋轉三維點云模型，使其在X-Y平面上投影面積最大；

步驟5、以參照點云為基礎建立重采樣格網，在重采樣格網下對兩個三維點云模型分別進行重采樣，得到重采樣點云；