本发明专利技术公开了一种地面激光扫描仪彩色点云生成方法，通过在地面激光扫描仪基础上外置相机，采用空间后方交会方法对相机内参数进行标定、采用直接线性变换方法对相机的外参数标定、通过标定的方法确定内外方位元素、通过扫描仪旋转平台准确控制相机获取场景影像的角度，最后通过公式：对后续转换关系进行计算，将外业采集的点云和影像纹理信息准确融合、配准，实现彩色点云的自动获取。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及摄影测量和三维激光
，具体是一种地面激光扫描仪彩色点云 生成方法。
技术介绍
地面激光扫描仪能够快速获取场景的三维点云，利用激光扫描仪获取的数据进行 目标的三维重建在古建筑、文物保护、街景生产等领域具有广阔的应用前景，但点云的信息 仅限于坐标、强度等信息，纹理信息的获取一般通过数码相机获取场景的影像后通过一定 的手段将影像和点云进行匹配后将纹理的RGB信息赋予点云，即获取了彩色点云；彩色点 云整合了点云的3D结构信息和影像的纹理信息，有助于对点云数据的解译、对象识别、分 类和细节特征的表达，能够在点云分类、三维建模等后续应用上提高效率。 为了得到被测物体的纹理信息，需要获取点云数据的同时采集场景的影像数据， 并通过一定的计算方法将激光扫描仪的空间坐标系和影像数据的影像坐标系进行统一，这 就是点云和影像的配准工作；配准的关键问题是像平面的坐标系到点云的空间坐标系之间 坐标变换参数R-旋转矩阵和t-平移矢量的求取；目前，通用的方法是分别在点云和影像上 人工选取一定数量的同名控制点，所选的同名控制点数量大于等于3,通过这组同名点计算 出变换参数，实现两个坐标系的统一，从而达到配准的目的，点云与影响的配准不能同步。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供，以解决上述背景 技术中提出的问题。 为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案： ，通过在地面激光扫描仪基础上外置相 机，对相机内外参数进行标定标定、控制相机获取场景影像的角度以及对后续转换关系进 行计算，实现彩色点云的自动生成，包括以下步骤： (1)相机内参数的标定 采用后方交会方法在控制场中拍摄若干影像后，在图像上选取若干控制点并通过 全站仪测量出控制点在同一个坐标系的物方坐标；相机内参数标定后将获得χ〇(像主点X 坐标）、yQ (像主点y坐标）、fxfy (焦距）、I^k2 (径向畸变参数）、P1P2 (切向畸变参数）等参 数； (2)相机与扫描仪中心相对位置的标定 采用直接线性变换（DLT)方法在标定场中采集的点云和影像上分别选取同名控 制点，通过DLT的计算方法获得相机的六个外方位元素（Xci, Yci, Zci, roll，pitch，yaw)，X。、Ytl 和Zci称为相机外参数的线元素；roll、pitch和yaw称为相机外方位元素的角元素，DLT的 计算公式如下：【主权项】1. ，通过在地面激光扫描仪基础上外置相机， 对相机内外参数进行标定标定、控制相机获取场景影像的角度以及对后续转换关系进行计 算，实现彩色点云的自动生成，其特征在于，包括以下步骤： (1) 相机内参数的标定 采用后方交会方法在控制场中拍摄若干影像后，在图像上选取若干控制点并通过全 站仪测量出控制点在同一个坐标系的物方坐标；相机内参数标定后将获得χ〇(像主点X坐 标）、yci(像主点y坐标）、fxf y(焦距）、￥2(径向畸变参数）、P1P2 (切向畸变参数）等参 数； (2) 相机与扫描仪中心相对位置的标定 采用直接线性变换（DLT)方法在标定场中采集的点云和影像上分别选取同名控制点， 通过DLT的计算方法获得相机的六个外方位元素（X。，YQ，ZQ，roll，pitch，yaw)，X。、Y tl和Z。 称为相机外参数的线元素；roll、pitch和yaw称为相机外方位元素的角元素，DLT的计算 公式如下：其中，I1，…1为相机内外方位元素的函数； (3) 扫描仪旋转平台控制相机拍摄照片并记录角度参数 扫描仪设备在经过内外参数的标定后进行点云和影像数据的采集，地面激光扫描仪 LS300设定的采集模式为先进行点云的扫描，完成之后再进行影像的拍摄；扫描仪进行点 云的采集时从X轴开始发射第一条扫描线，基座平台经过360°的旋转后回到X轴；之后 LS300控制相机分别在与X轴呈60°、180°和300°三个位置进行拍摄并将角度参数记录 到影像文件中，在后续的操作过程中，角度参数直接通过文件名解析得到；旋转矩阵计算是 由相机的三个外参数的角元素得到，计算公式如下：其中， Si1= cosa co sy-sina sin0 siny ；a 2= -cos a siny-sina sin^cosy ；a 3 =-cos a cos β ； bx= cos β sin γ ；b 2= cos β cos γ ；b 3= sin β ；c x= sin a cos γ+cos a sin β sin γ ； C2= -sin a sin γ +cos a sin β cos γ ；c 2= cos a cos β ； (4) 解求旋转矩阵，并根据共线方程解求点云对应的图像上的像素坐标 获取旋转矩阵后，三维空间中每个物方点即能够和一个像素坐标对应起来，通过共线 方程得到每个点云对应的一个像素坐标，通过该像素坐标根据插值方法进行卷积运算，得 到一个RGB值，将RGB值赋给点云后即完成彩色点云的制作，共线方程公式如下：2.根据权利要求1所述的地面激光扫描仪彩色点云生成方法，其特征在于，所述地面 激光扫描仪的型号为LS300。【专利摘要】本专利技术公开了，通过在地面激光扫描仪基础上外置相机，采用空间后方交会方法对相机内参数进行标定、采用直接线性变换方法对相机的外参数标定、通过标定的方法确定内外方位元素、通过扫描仪旋转平台准确控制相机获取场景影像的角度，最后通过公式：对后续转换关系进行计算，将外业采集的点云和影像纹理信息准确融合、配准，实现彩色点云的自动获取。【IPC分类】G06T7-00【公开号】CN104732557【申请号】CN201510178972【专利技术人】张飞, 危迟 【申请人】武汉海达数云技术有限公司【公开日】2015年6月24日【申请日】2015年4月16日本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种地面激光扫描仪彩色点云生成方法，通过在地面激光扫描仪基础上外置相机，对相机内外参数进行标定标定、控制相机获取场景影像的角度以及对后续转换关系进行计算，实现彩色点云的自动生成，其特征在于，包括以下步骤：(1)相机内参数的标定采用后方交会方法在控制场中拍摄若干影像后，在图像上选取若干控制点并通过全站仪测量出控制点在同一个坐标系的物方坐标；相机内参数标定后将获得x0(像主点x坐标)、y0(像主点y坐标)、fxfy(焦距)、k1k2(径向畸变参数)、p1p2(切向畸变参数)等参数；(2)相机与扫描仪中心相对位置的标定采用直接线性变换(DLT)方法在标定场中采集的点云和影像上分别选取同名控制点，通过DLT的计算方法获得相机的六个外方位元素(X0，Y0，Z0，roll，pitch，yaw)，X0、Y0和Z0称为相机外参数的线元素；roll、pitch和yaw称为相机外方位元素的角元素，DLT的计算公式如下：x+l1X+l2Y+l3Z+l4l9X+l10Y+l11Z+1=0]]>y+l5X+l6Y+l7Z+l8l9X+l10Y+l11Z+1=0]]>其中，l1，…l11为相机内外方位元素的函数；(3)扫描仪旋转平台控制相机拍摄照片并记录角度参数扫描仪设备在经过内外参数的标定后进行点云和影像数据的采集，地面激光扫描仪LS300设定的采集模式为先进行点云的扫描，完成之后再进行影像的拍摄；扫描仪进行点云的采集时从X轴开始发射第一条扫描线，基座平台经过360°的旋转后回到X轴；之后LS300控制相机分别在与X轴呈60°、180°和300°三个位置进行拍摄并将角度参数记录到影像文件中，在后续的操作过程中，角度参数直接通过文件名解析得到；旋转矩阵计算是由相机的三个外参数的角元素得到，计算公式如下：R=a1b1c1a2b2c2a3b3c3]]>其中，a1＝cosαcosγ‑sinαsinβsinγ；a2＝‑cosαsinγ‑sinαsinβcosγ；a3＝‑cosαcosβ；b1＝cosβsinγ；b2＝cosβcosγ；b3＝sinβ；c1＝sinαcosγ+cosαsinβsinγ；c2＝‑sinαsinγ+cosαsinβcosγ；c2＝cosαcosβ；(4)解求旋转矩阵，并根据共线方程解求点云对应的图像上的像素坐标获取旋转矩阵后，三维空间中每个物方点即能够和一个像素坐标对应起来，通过共线方程得到每个点云对应的一个像素坐标，通过该像素坐标根据插值方法进行卷积运算，得到一个RGB值，将RGB值赋给点云后即完成彩色点云的制作，共线方程公式如下：x0y0-f=R(α,β,γ)XYZ+t1t2t3]]>...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张飞，危迟，
申请(专利权)人：武汉海达数云技术有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42
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