[發明專利]一種融合語義特征的無人機激光雷達航帶平差方法

在審

• 申請號: 202211304852.0
• 申請日: 2022-10-24
• 公開（公告）號: CN115631220A
• 公開（公告）日: 2023-01-20
• 發明（設計）人: 譚駿祥;張天賜;李少達;楊容浩;宋佳倩;劉健飛
• 申請（專利權）人: 成都理工大學;成都奧倫達科技有限公司
• 主分類號: G06T7/33
• 分類號: G06T7/33;G06T7/73;G06V10/74;G06V10/764;G06F17/11
• 代理公司: 重慶強大凱創專利代理事務所(普通合伙) 50217
• 代理人: 冉劍俠

本發明涉及無人機激光雷達數據處理領域，公開了一種融合語義特征的無人機激光雷達航帶平差方法，依次通過面向語義對象的多級非剛性配準，以及顧及非剛性形變的多架次點云航帶平差。通過將不同架次的不同航帶整體誤差方程的系數矩陣進行對角化處理，有效降低利用非線性優化算法求解未知參數的復雜度，從而提升未知參數的解算效率。

技術領域

本發明涉及無人機激光雷達數據處理領域，具體涉及一種融合語義特征的無人機激光雷達航帶平差方法。

背景技術

平差，指的是由于儀器的精度、人為因素及外界條件的影響，造成觀測值與真實值之間存在差別，為了消除差別，一般要求觀測值的個數多于求解未知量所需的觀測數，而在冗余觀測中一定會存在觀測結果間的矛盾，平差則是消除這些矛盾以求得觀測量的最可靠結果并評定測量成果的精度的過程。

航帶，指的是沿著某一方向進行航空攝影，獲取的前后相互重疊的影像序列，現在也泛指沿著某一方向進行包括激光雷達在內的三維點云信息數據采集，獲取的前后相互重疊的點云信息數據序列。航帶平差，指的是為了消除相鄰航帶間誤差，以航帶模型為基本單元的平差方法。

無人機激光雷達(LiDAR)是一種能夠快速獲取目標三維點云信息數據的主動測量手段，與車載激光雷達一樣，無人機激光雷達在平臺移動過程中能實時測量道路面以及道路環境的幾何信息和激光回波強度信息，以及GNSS/IMU組合系統(POS)所獲載體的位置、姿態、速度等軌跡信息，而相比于車載激光雷達，無人機激光雷達具有全天候、精度高、費用低等優點。因此，近年來，無人機激光雷達在林業、城市、交通、水利等領域中得到了廣泛的應用。

但是，由于無人機激光雷達在安裝過程無法確保激光雷達的安裝角度精度達到要求，且完全一致；而且因為POS系統本身的精度問題，會形成航帶非剛性形變，在一條航帶上產生扭曲變形。即在GNSS弱定位環境下，移動測量載體的狀態誤差會隨時間累積，產生平臺位置和姿態(簡稱“位姿”)誤差，不同區域精度水平不一致且隨時間產生非剛性變換，點位精度會降低。在生成點云過程中會出現不同程度精度損失，因此需要對掃描圖像進行平差算法處理以減小精度損失。

為了達到一條航帶上的點云完全重合，減小因為POS系統造成的采集誤差，傳統做法就是以一個航帶作為剛性配準單元進行配準，但是這樣的操作需要配準的數據量較大，且因為實質同名點的設置差異也很難保證配準的精準度。

發明內容

本發明意在提供一種融合語義特征的無人機激光雷達航帶平差方法，以達到能夠在有限數據計算量的前提下完成航帶的高精度配準，減小POS系統引起的非剛性形變。

為達到上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種融合語義特征的無人機激光雷達航帶平差方法，包括以下步驟：

步驟一，面向語義對象的多級非剛性配準：將經過點云預處理的航帶點云被劃分為多個可被視作剛體配準單元的分段點云；通過將分段點云分離為不同類別的對象點云，利用語義特征的相似性建立對象與對象間的匹配關系，在同名語義對象間利用點基元特征相似性建立廣義同名對應點；

步驟二，顧及非剛性形變的多架次點云航帶平差：對待測區各架次、各航帶點云建立位姿誤差觀測方程，并利用三次樣條函數對軌跡位姿誤差進行時間狀態逼近，建立符合多架次特性的無人機激光雷達點云時變模型；

步驟三，通過將不同架次的不同航帶整體誤差方程的系數矩陣進行對角化處理，通過無人機激光雷達點云時變模型計算出最終航帶平差。

本方案的原理及優點是：