一种激光点云配准方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种激光点云配准方法，该方法包括：获取多个参考站坐标系中的激光点云数据和多个配准站坐标系中的激光点云数据；利用特定算法分别对参考站坐标系和配准站坐标系中的数据进行拟合计算，得到多个参考站拟合平面和多个配准站拟合平面；根据多个参考站拟合平面和多个配准站拟合平面、第二阈值数目的参考站顶面和配准站顶面，利用预定公式，计算求解最优坐标转换模型，最优坐标转换模型适于将配准站坐标系转换为参考站坐标系；根据最优坐标转换模型和邻近点迭代算法，在参考站坐标系中，对在配准站坐标系下获取的激光点云数据进行配准。本发明专利技术实施例避免了人工设置标靶的人工过程，提高作业效率，简单易用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及数据配准
，具体而言，涉及一种激光点云配准方法和装置。
技术介绍
近年来，地面激光雷达扫描已成为获取建筑物室内模型的一种有效工具，广泛应用于室内3D场景重现，古迹保护，室内装潢等。为了获取建筑物室内场景表面完整的三维点云数据，需要在不同角度进行具有明显重叠区域的多站扫描，然而各个扫描测站的数据处于彼此独立的局部坐标系下，需要进行地面激光点云的配准把各站统一到同一个参考坐标系下，才能进行后期处理。现有利用人工标靶进行点云配准时，首先需要把标靶均匀布置在室内各个空间，后续还要收回标靶，花费不少时间，数据采集完成后需提取标靶信息，若提取的标靶个数不够或者精度不够，则无法进行配准。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种激光点云配准方法和装置，以解决上述问题。第一方面，本专利技术实施例提供了一种激光点云配准方法，包括：获取参考站坐标系中的多个激光点云数据和配准站坐标系中的多个激光点云数据；利用特定算法分别对所述参考站坐标系和配准站坐标系中的多个激光点云数据进行拟合计算，得到多个参考站拟合平面和多个配准站拟合平面；在多个参考站拟合平面和多个配准站拟合平面中，分别选取所述拟合平面法向量与预定向量平行的平面，得到多个参考站顶面和多个配准站顶面，分别选取所述拟合平面法向量与预定向量不平行的平面，得到多个参考站立面和多个配准站立面；在所述多个参考站立面和多个配准站立面中，分别选取第一阈值数目的参考站立面和第一阈值数目配准站立面，在所述多个参考站顶面和多个配准站顶面中，分别选取第二阈值数目的参考站顶面和第二阈值数目的配准站顶面；根据所述参考站立面和配准站立面、参考站顶面和配准站顶面、以及预定公式，计算求解最优坐标转换模型，所述最优坐标转换模型适于将配准站坐标系转换为参考站坐标系；根据最优坐标转换模型和邻近点迭代算法，在参考站坐标系中对在配准站坐标系下获取的激光点云数据进行配准。可选第，在根据本专利技术的室内激光点云配准方法，其特征在于，所述预定公式包括平面坐标方程公式和共线方程公式。可选地，在根据本专利技术的激光点云配准方法中，根据所述选择的第一阈值数目的参考站立面和第一阈值数目的配准站立面、第二阈值数目的参考站顶面和第二阈值数目的配准站顶面，利用预定公式，计算得到最优坐标转换模型的步骤包括：根据所述参考站立面和顶面以及配准站立面和顶面利用预定公式进行求解，得到模糊坐标转换模型；验证模糊坐标转换模型是否有效；如果模糊坐标转换模型有效，则确定参考站拟合平面和配准站拟合平面中的多个相似平面对；根据所述预定公式，对所述多个相似平面对进行求解，得到最优坐标转换模型。可选地，在根据本专利技术的激光点云配准方法中，包括：在所述多个参考站立面和多个配准站立面中，利用距离聚类分析方法，得到多个参考站立面对和多个配准站立面对。可选地，在根据本专利技术的激光点云配准方法中，验证模糊坐标转换模型是否有效包括：分别从参考站立面对和配准站立面对中选取聚类距离相等的多个等距参考站立面对和多个等距配准站立面对；利用模糊坐标转换模型将所述选取的多个等距配准站立面对中的数据进行坐标转换，得到多个模糊等距配准站立面对；判断所述多个模糊等距配准站立面对与所述多个等距参考立面对中是否存在至少一对有效聚类平面对；如果是，则模糊坐标转换模型有效。可选地，在根据本专利技术的激光点云配准方法中，根据所述预定公式，对所述多个相似平面对进行求解，得到最优坐标转换模型包括：利用预定公式对所述多个相似平面对求解得到多个粗配坐标转换模型；计算各个粗配坐标模型中有效聚类平面对的数目，选取最大有效聚类平面对数目对应的粗配坐标转换模型作为最优坐标转换模型。可选地，在根据本专利技术的激光点云配准方法中，参考站拟合平面的法向量指向参考站坐标系的中心，所述配准站拟合平面的法向量指向配准站坐标系的中心。第二方面，本专利技术实施例还提供了一种激光点云配准装置，包括：激光点数据获取模块，适于获取多个参考站坐标系中的激光点云数据和多个配准站坐标系中的激光点数据；平面拟合模块，适于利用特定算法分别对所述参考站坐标系和配准站坐标系中的数据进行拟合计算，得到多个参考站拟合平面和多个配准站拟合平面；平面判断模块，适于在多个参考站拟合平面和多个配准站拟合平面中，分别选取所述拟合平面法向量与预定向量平行的平面，得到多个参考站顶面和多个配准站顶面，分别选取所述拟合平面法向量与预定向量不平行的平面，得到多个参考站立面和多个配准站立面；平面选择模块，适于在所述多个参考站立面和多个配准站立面中，分别选取第一阈值数目的参考站立面和第一阈值数目的配准站立面，在所述多个参考站顶面和多个配准站顶面中，分别选取第二阈值数目的参考站顶面和第二阈值数目的配准站顶面；模型建立模块，适于根据所述参考站立面和配准站立面、参考站顶面和配准站顶面以及预定公式，计算求解最优坐标转换模型，所述最优坐标转换模型适于将配准站坐标系转换为参考站坐标系；坐标配准模块，适于根据最优坐标转换模型和邻近点迭代算法，在参考站坐标系中对在配准站坐标系下获取的激光点云数据进行配准。可选地，在根据本专利技术的激光点云配准装置中，模型建立模块适于：根据所述参考站立面和顶面以及配准站立面和顶面利用预定公式进行求解，得到模糊坐标转换模型；验证模糊坐标转换模型是否有效；如果模糊坐标转换模型有效，则确定参考站拟合平面和配准站拟合平面中的多个相似平面对；根据所述预定公式，对所述多个相似平面对进行求解，得到最优坐标转换模型。可选地，在根据本专利技术的激光点云配准装置中，模型建立模块还适于：在所述多个参考站立面和多个配准站立面中，利用距离聚类分析方法，得到多个参考站立面对和多个配准站立面对；分别从参考站立面对和配准站立面对中选取聚类距离相同的多个等距参考站立面对和多个等距配准站立面对；利用模糊坐标转换模型将所述选取的多个等距配准站立面对中的数据进行坐标转换，得到多个模糊等距配准站立面对数据；判断所述多个模糊等距配准站立面对与所述多个等距参考立面对是否存在至少一对有效聚类平面对；如果是，则模糊坐标转换模型有效。本专利技术的技术方案，通过采用激光点云的面状特征进行配准，避免了人工设置标靶的过程，提高了作业效率。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。图1示出了本专利技术实施例所提供的一种激光点云配准方法的流程图；图2示出了本专利技术实施例所提供的一种激光点云配准装置的结构示意图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本专利技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本专利技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本专利技术的范围，而是仅仅表示本专利技术的选定实施例。基于本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光点云配准方法，其特征在于，所述方法包括：获取参考站坐标系中的多个激光点云数据和配准站坐标系中的多个激光点云数据；利用特定算法分别对所述参考站坐标系和配准站坐标系中的多个激光点云数据进行拟合计算，得到多个参考站拟合平面和多个配准站拟合平面；在多个参考站拟合平面和多个配准站拟合平面中，分别选取所述拟合平面法向量与预定向量平行的平面，得到多个参考站顶面和多个配准站顶面，分别选取所述拟合平面法向量与预定向量不平行的平面，得到多个参考站立面和多个配准站立面；在所述多个参考站立面和多个配准站立面中，分别选取第一阈值数目的参考站立面和第一阈值数目的配准站立面，在所述多个参考站顶面和多个配准站顶面中，分别选取第二阈值数目的参考站顶面和第二阈值数据的配准站顶面；根据所述参考站立面和配准站立面、参考站顶面和配准站顶面以及预定公式，计算求解最优坐标转换模型，所述最优坐标转换模型适于将配准站坐标系转换为参考站坐标系；根据最优坐标转换模型和邻近点迭代算法，在参考站坐标系中对在配准站坐标系下获取的激光点云数据进行配准。

【技术特征摘要】
1.一种激光点云配准方法，其特征在于，所述方法包括：获取参考站坐标系中的多个激光点云数据和配准站坐标系中的多个激光点云数据；利用特定算法分别对所述参考站坐标系和配准站坐标系中的多个激光点云数据进行拟合计算，得到多个参考站拟合平面和多个配准站拟合平面；在多个参考站拟合平面和多个配准站拟合平面中，分别选取所述拟合平面法向量与预定向量平行的平面，得到多个参考站顶面和多个配准站顶面，分别选取所述拟合平面法向量与预定向量不平行的平面，得到多个参考站立面和多个配准站立面；在所述多个参考站立面和多个配准站立面中，分别选取第一阈值数目的参考站立面和第一阈值数目的配准站立面，在所述多个参考站顶面和多个配准站顶面中，分别选取第二阈值数目的参考站顶面和第二阈值数据的配准站顶面；根据所述参考站立面和配准站立面、参考站顶面和配准站顶面以及预定公式，计算求解最优坐标转换模型，所述最优坐标转换模型适于将配准站坐标系转换为参考站坐标系；根据最优坐标转换模型和邻近点迭代算法，在参考站坐标系中对在配准站坐标系下获取的激光点云数据进行配准。2.根据权利要求1所述的室内激光点云配准方法，其特征在于，所述预定公式包括平面坐标方程公式和共线方程公式。3.根据权利要求1或2所述的激光点云配准方法，其特征在于，所述根据所述选择的第一阈值数目的参考站立面和第一阈值数目的配准站立面、第二阈值数目的参考站顶面和第二阈值数目的配准站顶面，利用预定公式，计算得到最优坐标转换模型的步骤包括：根据所述参考站立面和顶面以及配准站的立面和顶面利用预定公式进行求解，得到模糊坐标转换模型；验证模糊坐标转换模型是否有效；如果模糊坐标转换模型有效，则确定参考站拟合平面和配准站拟合平面中的多个相似平面对；根据所述预定公式，对所述多个相似平面对进行求解，得到最优坐标转换模型。4.根据权利要求1所述的激光点云配准方法，其特征在于，包括：在所述多个参考站立面和多个配准站立面中，利用距离聚类分析方法，得到多个参考站立面对和多个配准站立面对。5.根据权利要求4所述的激光点云配准方法，其特征在于，验证模糊坐标转换模型是否有效包括：分别从参考站立面对和配准站立面对中选取聚类距离相等的多个等距参考站立面对和多个等距配准站立面对；利用模糊坐标转换模型将所述选取的多个等距配准站立面对中的数据进行坐标转换，得到多个模糊等距配准站立面对；判断所述多个模糊等距配准站立面对与所述多个等距参考立面对中是否存在至少一对有效聚类平面对；如果是，则模糊坐标转换模型有效。6.根据权利要求3所述的激光点云配准方法，其特征在于，根据所述预定公式，对所述多个相似平面对进行求解，得到最优坐...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘守军，蔡红云，杨晶，龚书林，胡庆武，毛庆洲，姚立，余建伟，骆朝亮，陈倩，
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