[發明專利]UAV與TLS點云融合的復雜表面彩色模型重建方法

在審

• 申請號: 202310313612.5
• 申請日: 2023-03-28
• 公開（公告）號: CN116385639A
• 公開（公告）日: 2023-07-04
• 發明（設計）人: 夏永華;李晨;吳學群;楊明龍;侯云花;李雪;張坤祥;沈長表
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: G06T17/00
• 分類號: G06T17/00;G06T3/00;G06T7/13;G06T7/10;G06T7/90;G01C11/00;G01C11/04
• 代理公司: 昆明合盛知識產權代理事務所(普通合伙) 53210
• 代理人: 楊永軍

本發明公開了一種UAV點云與TLS點云融合的復雜表面物體彩色模型重建方法，本發明所述方法具體為：使用三維激光掃描儀采集地面TLS數據，使用無人機傾斜攝影測量采集被測地物的整體數據。使用像控點和標靶球校正和配準點云數據。使用RANSAC擬合最佳平面，將TLS點云投影至擬合平面，形成平面點云，根據凸包算法提取二維點云的凸多邊形邊界，并根據該邊界切割無人機點云，以實現對點云數據冗余點的剔除。使用鄰域搜索策略保留TLS點云空缺位置的UAV點云數據，實現對三維激光無法采集區域的修補。使用以距離為權重參考依據的加權平均值算法，將UAV點云顏色信息賦予TLS點云，最終實現復雜表明物體彩色模型的建立。

技術領域

本發明屬于電子信息科學技術領域，具體涉及一種UAV與TLS點云融合的復雜表面彩色模型重建方法。

背景技術

地面式三維激光掃描儀通過發射激光束測量與被測物體之間的距離，能夠精確的測量目標物體的相對關系。將三維激光掃描技術與傳統測量方法有機結合，可以更加高效、精確的進行坐標點位測量工作。但是地面式的三維激光掃描儀采用三腳架逐站式的掃描作業，所以搬站工作過于繁瑣，且很多位置無法架設儀器，導致點云數據缺失，而且TLS點云數據不攜帶RGB值，導致三維模型失去了原始色彩信息。無人機傾斜攝影測量技術可以快速的采集大范圍、多角度的地物影像數據，真實反映地物的實際情況。

目前很多研究人員開展了關于多源數據融合建模的研究，但是往往采用數據覆蓋等方式造成了數據處理工作緩慢，對實驗硬件配置要求高等弊端。對于采集復雜場景時造成的點云空洞，暫時還無法實現多源數據自動融合修補，且根據TLS點云建立的模型色調單一，丟失地物原始色彩信息。

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種UAV與TLS點云融合的復雜表面彩色模型重建方法。解決了地面式三維激光掃描儀無法采集到山頂、建筑物頂部、狹小角落等位置的點云數據，并且采集到的TLS點云沒有顏色信息，能夠重建附加物體表明RGB值的模型。

為了達到上述技術效果，本發明是通過以下技術方案實現的：

一種UAV與TLS點云融合的復雜表面彩色模型重建方法，包括以下步驟：

S1：選擇三維激光掃描站點，布設標靶球，保證每相鄰兩站數據之間同時掃描到3個以上的標靶球；使用全站儀精確測量標靶球在CGCS2000坐標系下的三維坐標(X,Y,Z)；

S2：布設無人機像控點，使用RTK測量像控點在CGCS2000坐標系下的三維坐標(X,Y,Z)；

S3：安置地面式三維激光掃描儀，逐站掃描，保證前后兩站掃描范圍的重疊度不低于30％，使其完成物體立面點云數據的采集；

S4：操控無人機對物體表面進行傾斜攝影測量，航向覆蓋超出攝區邊界線至少3條基線；分區邊界覆蓋應滿足分區模型生產的要求；像片航向重疊度一般設計為70％～80％，旁向重疊度一般設計為50％～80％；航攝中出現的相對漏洞和絕對漏洞均應及時補攝，應采用前一次航攝飛行的數碼相機補攝，補攝航線的兩端應超出漏洞之外的兩條基線；按照設計航高飛行，實際航高與設計航高之差不應大于50米；同一航線上相鄰像片的航高差不得大于30米，最大航高與最小航高之差不應大于50米；完成整體數據采集；

S5：利用專業軟件Maptek?I-Site?Studio?6對三維激光掃描儀采集的TLS點云進行配準；以第一站掃描的獨立坐標系下的三維點云數據為基準，將第二站數據配準到第一站上，第三站數據配準到第一、第二站配準好的整體數據上，以此類推，直至全部數據配準成為一個整體；在整體點云數據上找到布設的標靶球中心，根據點云擬合出標靶球的中心坐標(X′,Y′,Z′)；

S6：在平面精度、高程精度滿足相應規范要求的前提下，將在獨立坐標系下配準好的整體點云數據轉換到CGCS2000坐標系下；