基于多源维度分解的城市点云从粗到精的自动配准方法技术

本发明专利技术涉及一种基于多源维度分解的城市点云从粗到精的自动配准方法，结合城市场景扫描对象特点和地面扫描仪器工作特点，提出了维度分解方法，并在其支撑下实现数据维度和参数维度同时缩减、特征的高效辨识与提取、迭代求解的高效收敛，进而突破当前大规模城市点云场景配准中配准精度与速度的瓶颈；该方法充分利用了点云对场景三维结构化重塑的能力，顾及问题的具体属性，提出了面向对象的配准方案，为点云配准问题的发展提供了新思路；同时，该方法无需人工对场景进行标识，无需提供先验的初始解算值，也无需后续的人机交互选点，是一套从原始数据输入到获取三维精细化点云数据模型的全自动方法，有助于在实际生产中降低时间、人力、物力的开销。

【技术实现步骤摘要】
基于多源维度分解的城市点云从粗到精的自动配准方法
本专利技术涉及计算机视觉
，具体地说是一种基于多源维度分解的城市点云从粗到精的自动配准方法。
技术介绍
数字城市的发展离不开三维土地空间管理、表达和可视化等虚拟城市环境构建技术。该技术是全面支撑城市信息感知与互联、以及VR/AR等“数字化”应用的基础，因此大规模、精细化、富语义信息的三维城市模型已经成为智慧城市建设的必要条件。点云数据因其相对于传统测量数据所特有的优势，即数据量丰富并可直接获取扫描物体的三维空间坐标等，已经成为空间数据处理的标准化数据类型。因此，点云数据的处理成为摄影测量、计算机视觉、计算机图形学以及机器人学等领域的研究热点，并获得了丰富的研究成果。随着三维数字化城市的发展，近年来多源点云配准研究得到了广泛的关注。传统的方法在处理当前大规模多源多尺度复杂结构点云时会遇到不同程度的问题，例如特征点提取复现率低辨识度差，以及特征描述时人为认知干预的局限性等，这些都将对三维点云融合配准以及随后的三维模型重建造成负面影响。目前较多的点云匹配方法存在如下问题：缺乏针对本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于多源维度分解的城市点云从粗到精的自动配准方法，其特征在于，包括以下步骤：/n101、对城市场景进行地面扫描，采集点云数据，相邻两个站点的扫描需存在人造建筑物重叠部分；/n102、对原始点云数据进行预处理，剔除点云数据中的噪声点，并将空间三维点云数据垂直投影到一个法方向为天顶方向的平面上，设置点云密度阈值ρ

【技术特征摘要】
1.一种基于多源维度分解的城市点云从粗到精的自动配准方法，其特征在于，包括以下步骤：
101、对城市场景进行地面扫描，采集点云数据，相邻两个站点的扫描需存在人造建筑物重叠部分；
102、对原始点云数据进行预处理，剔除点云数据中的噪声点，并将空间三维点云数据垂直投影到一个法方向为天顶方向的平面上，设置点云密度阈值ρ0，并利用该阈值对投影后的二维平面点云进行建筑侧立面的提取；
103、实现侧立面投影点云在二维平面上的直线探测与分割，并利用配对直线段实现κ参数与水平平移参数(x,y)方向的求解，实现场景二维配准；
104、利用地面点重叠部分，快速计算高差；随机获取N个地面对应区域后，求得高差的均值作为垂直方向平移值Δz；
105、针对步骤103获得的候选集合的每一组解，都完成步骤104操作，并利用场景随机子集做最近点测试检验，选取满足条件的最优解作为最终的解，两个相邻的点云场景就完成了粗配准；
106、结合建筑物上富含大量的面信息，将以面为基元实现精配准，获得场景精细化配准结果。


2.根据权利要求1所述的基于多源维度分解的城市点云从粗到精的自动配准方法，其特征在于，所述步骤101中对城市场景进行地面扫描包括地面激光扫描仪和移动激光测量车。


3.根据权利要求2所述的基于多源维度分解的城市点云从粗到精的自动配准方法，其特征在于，所述地面激光扫描仪，通过三脚架架设支撑，并对三脚架进行整平操作，其倾斜角的影响在场景粗配准中可以忽略。


4.根据权利要求2所述的基于多源维度分解的城市点云从粗到精的自动配准方法，其特征在于，所述移动激光测量车，激光镜头的安装角度在整个扫描作业中是固定不变的，通过硬件信息实现点云的整体变换。


5.根据权利要求1所述的基于多源维度分解的城市点云从粗到精的自动配准方法，其特征在于，所述步骤103具体如下：
利用采样一致性方法(RANSAC)在平面点云中提取直线信息，并最终实现利用直线对二维场景的重塑；
在场景A中随机提取两条并不平行的直线段na和ma，随后在场景B中查找与之匹配的直线段nb和mb，并组成配对直线对{na，nb}和{ma，mb}；
在获得两组配对直线段后，求解旋转角κ，使na//nd的同时满足ma//mb，完成旋转后，求得pa和pb之间的欧式距离，即da，并进一步将其分解到x和y方向上得到平移参数中水平平移，即Δx和Δy；根据RANSAC求解平台的理论支撑，可以获得一个最大求解次数K；
在解算过程中，对于每一组符合条件的直线配对集，获得一组解，即{κ,Δx,Δy}i；利用每一组解，将A场景内的二维直线段...

【专利技术属性】
技术研发人员：葛旭明，
申请(专利权)人：深圳市数字城市工程研究中心，西南交通大学，葛旭明，
类型：发明
国别省市：广东;44