[發明專利]一種基于面特征的多平臺點云匹配方法

有效

• 申請號: 202010891648.8
• 申請日: 2020-08-31
• 公開（公告）號: CN112132875B
• 公開（公告）日: 2023-07-28
• 發明（設計）人: 劉如飛;盧秀山;劉以旭;馬新江;柴永寧
• 申請（專利權）人: 青島秀山移動測量有限公司
• 主分類號: G06T7/33
• 分類號: G06T7/33
• 代理公司: 青島智地領創專利代理有限公司 37252
• 代理人: 陳海濱

1.一種基于面特征的多平臺點云匹配方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1.通過架設在不同平臺上的數據采集設備采集目標區域的地物，獲得不同平臺下的原始點云數據并進行預處理；

S2.通過人機交互的方式，從預處理后的點云數據中均勻地選取三對以上不共面的匹配平面，采用穩健RANSAC算法進行平面擬合并提取公共面的參數，進行平面點云的自身平整度評價；

S3.基于三對以上對應平面的平面參數，將旋轉參數化為非線性模型，進行線性化處理，平移參數不變，采用整體最小二乘法進行參數求解；通過基于平差結果的改正數，對待配準平面的相關性進行評價，對不滿足要求的平面進行重新選取；

S3.1.構建坐標轉換模型：

設同一平面在不同坐標系中的表示分別為(a₁，b₁，c₁，d₁)，(a₂，b₂，c₂，d₂)，則仿射轉換模型為：

其中，表示旋轉矩陣參數，表示平移矩陣參數；

S3.2.旋轉矩陣進行線性化，將9參數轉換為3參數：

用坐標轉換參數替換旋轉矩陣和平移矩陣，公式如下：

其中，α為繞x軸的旋轉角度，β為繞y軸的旋轉角度，γ為繞z軸的旋轉角度；

法向量(a₂，b₂，c₂)計算公式如下：

a₂＝cosγcosβa₁+(cosγsinβsinα+sinγcosα)b₁+(sinγsinα-cosγsinβcosα)c₁；

b₂＝-sinγcosβa₁+(cosγcosα-sinγsinβsinα)b₁+(sinγsinβcosα+cosγsinα)c₁；

c₂＝sinβa₁-cosβsinαb₁+cosβcosαc₁；

S3.3.構建間接平差模型：

分別求α、β、γ關于a₂、b₂和c₂的偏導數：

d₂不需進行線性化處理，計算公式為：d₂＝t_xa₁+t_yb₁+t_zc₁+d₁；

間接平差模型公式如下：

將上式改寫成最小二乘誤差方程的形式如下：

V＝AX-L；

其中，X＝(dα?dβ?dγ?dt_x?dt_y?dt_z)′，

為(a₂，b₂，c₂，d₂)的估計值；

S3.4.整體最小二乘求解參數：

假設觀測量L中觀測誤差為e，系數矩陣A中誤差為E_A，則最小二乘誤差方程寫為：(A+E_A)X＝L+e，

即存在式中，E＝[E_A?e]；

此時最優化限制約束條件為：

采用奇異值分解的方法進行求解，對增廣矩陣[A?L]進行奇異值分解：

分解得到的m+1個特征向量組成的正交矩陣，

則參數X的估值表示為：

S3.5.根據平差結果的改正數對待配準平面的相關性進行評價，改正數越大，則相關性越弱，平面對越差，則需對不滿足要求的平面對進行重新選取；

S4.基于坐標轉換模型，完成點云的匹配。