[發(fā)明專利]基于重心偏離度的隧洞點(diǎn)云配準(zhǔn)方法、裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110029618.0
• 申請日: 2021-01-11
• 公開（公告）號: CN112365529B
• 公開（公告）日: 2021-04-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張榮春;衣雪峰;盧官明;李浩;何逸婷;陳媛媛;賈燕;呂海洋
• 申請（專利權(quán)）人: 南京郵電大學(xué)
• 主分類號: G06T7/33
• 分類號: G06T7/33;G06T7/66
• 代理公司: 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

本發(fā)明公開了一種基于重心偏離度的隧洞點(diǎn)云配準(zhǔn)方法、裝置，所述方法包括：獲取隧洞的基準(zhǔn)點(diǎn)云和目標(biāo)點(diǎn)云；迭代步驟：在基準(zhǔn)點(diǎn)云中選擇基準(zhǔn)共面四點(diǎn)基，在目標(biāo)點(diǎn)云中選擇對應(yīng)的候選點(diǎn)集合；計算候選點(diǎn)集合中各個點(diǎn)的重心偏離度，根據(jù)重心偏離度之間的偏差確定候選同名配準(zhǔn)基元；根據(jù)仿射比例和線段夾角，從候選同名配準(zhǔn)基元中確定目標(biāo)共面四點(diǎn)基，并計算配準(zhǔn)變換參數(shù)；重復(fù)迭代步驟，獲取多組配準(zhǔn)變換參數(shù)，選取最優(yōu)配準(zhǔn)變換參數(shù)。本方案中，采用重心偏離度，不依賴于配準(zhǔn)對象的規(guī)則幾何特征，且重心能夠較好的表現(xiàn)隧洞地質(zhì)巖體對象局部空間結(jié)構(gòu)形態(tài)，在配準(zhǔn)的效率和準(zhǔn)確性方面都有較大程度的提高。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及地質(zhì)測量領(lǐng)域，尤其涉及一種基于重心偏離度的隧洞點(diǎn)云配準(zhǔn)方法、裝置。

背景技術(shù)

全面、快速、準(zhǔn)確地獲取隧洞圍巖的復(fù)雜地質(zhì)信息，是分析評價隧洞穩(wěn)定性和設(shè)計支護(hù)參數(shù)等工程問題的重要基礎(chǔ)，是當(dāng)前隧洞工程地質(zhì)領(lǐng)域的重要研究內(nèi)容。

在進(jìn)行地質(zhì)信息的獲取時，可以采用多數(shù)據(jù)源融合，充分利用每種數(shù)據(jù)源優(yōu)勢，有利于隧洞地質(zhì)信息的準(zhǔn)確、高效獲取，數(shù)據(jù)配準(zhǔn)是實(shí)現(xiàn)多數(shù)據(jù)源融合的前提和關(guān)鍵。

然而隧洞圍巖的自然特征形態(tài)多樣，內(nèi)部狹長且表面形狀不規(guī)則，缺少用以標(biāo)定參考尺度和方向的特征，因此隧洞難以識別，導(dǎo)致多源數(shù)據(jù)融合十分困難。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：本發(fā)明旨在提供一種基于重心偏離度的隧洞點(diǎn)云配準(zhǔn)方法、裝置，采用重心偏離度，可以不依賴于配準(zhǔn)對象的規(guī)則幾何特征，且重心能夠較好的表現(xiàn)隧洞地質(zhì)巖體對象局部空間結(jié)構(gòu)形態(tài)，在配準(zhǔn)的效率和準(zhǔn)確性方面都有較大程度的提高。

技術(shù)方案：本發(fā)明提供一種基于重心偏離度的隧洞點(diǎn)云配準(zhǔn)方法，包括：

分別采集隧洞的三維激光點(diǎn)云和影像序列，從三維激光點(diǎn)云提取特征點(diǎn)云作為基準(zhǔn)點(diǎn)云，從影像序列提取真實(shí)尺度的稀疏點(diǎn)云作為目標(biāo)點(diǎn)云；

迭代步驟：在基準(zhǔn)點(diǎn)云中選擇基準(zhǔn)共面四點(diǎn)基，在目標(biāo)點(diǎn)云中選擇對應(yīng)的候選點(diǎn)集合；計算候選點(diǎn)集合中各個點(diǎn)的重心偏離度，將重心偏離度之間的差值小于閾值的作為基準(zhǔn)共面四點(diǎn)基的候選同名配準(zhǔn)基元；根據(jù)基準(zhǔn)共面四點(diǎn)基的仿射比例和線段夾角，從候選同名配準(zhǔn)基元中確定目標(biāo)共面四點(diǎn)基，并計算配準(zhǔn)變換參數(shù)；

重復(fù)迭代步驟進(jìn)行迭代計算，獲取多組配準(zhǔn)變換參數(shù)，選取最優(yōu)配準(zhǔn)變換參數(shù)。

具體的，采用三維尺度不變特征轉(zhuǎn)換從三維激光點(diǎn)云提取特征點(diǎn)云，基于運(yùn)動恢復(fù)結(jié)構(gòu)從影像序列提取稀疏點(diǎn)云，并依據(jù)隧洞中的真實(shí)刻度將稀疏點(diǎn)云的尺度轉(zhuǎn)換為真實(shí)尺度。

具體的，在目標(biāo)點(diǎn)云中提取與基準(zhǔn)共面四點(diǎn)基的點(diǎn)對距離相等的候選點(diǎn)集合C₁和C₂，其中，，m和n為自然數(shù)，對基準(zhǔn)共面四點(diǎn)基的點(diǎn)對和，均有和，點(diǎn)對連成的線段與另一點(diǎn)對連成的線段存在交點(diǎn)。

具體的，選取候選點(diǎn)集合中形成候選共面四點(diǎn)基的點(diǎn)對，以點(diǎn)作為球心，指定長度為半徑，計算在球形鄰域內(nèi)存在的目標(biāo)點(diǎn)云點(diǎn)集的重心坐標(biāo)，與球心點(diǎn)空間坐標(biāo)之間的偏移量。

具體的，將各點(diǎn)的重心偏離度彼此之間差值小于預(yù)定閾值的候選共面四點(diǎn)基，作為候選同名配準(zhǔn)基元。

具體的，若候選同名配準(zhǔn)基元與基準(zhǔn)共面四點(diǎn)基存在以下關(guān)系，則認(rèn)定仿射比例相同：

，

其中，λ₁和λ₂分別為第一比例和第二比例，v₁ 為基準(zhǔn)點(diǎn)云中線段的交點(diǎn)，v₂為目標(biāo)點(diǎn)云中線段的交點(diǎn)；

線段夾角，指共面四點(diǎn)基中兩線段之間的夾角；

將仿射比例和線段夾角與基準(zhǔn)共面四點(diǎn)基相等的候選同名配準(zhǔn)基元，作為目標(biāo)共面四點(diǎn)基。