[发明专利]一种球面全景影像与三维激光扫描点云的配准及测量方法

权利要求书

1.一种球面全景影像与三维激光扫描点云的配准及测量方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）、用单位球体的三维结构模拟球面全景影像，将球面全景影像的像素坐标（u，v）首先转换为球面极坐标，然后将球面全景影像的球面极坐标转换为三维直角坐标(x₀，y₀，z₀)；

（2）、在球面全景影像中选取三个以上的分别位于不同平面上的点作为控制点，同时与之对应的在点云数据中选取上述控制点，根据控制点在球面全景影像中的坐标以及在点云数据中的坐标，即可计算得出球面全景影像在点云数据中的姿态参数，以及球面全景影像的光心在点云数据中的位置坐标(Xc，Yc，Zc)，从而将球面全景影像在点云数据中进行配准；

（3）、以球面全景影像的光心位置坐标(Xc，Yc，Zc)为原点，搜索空间范围内的点云，将搜索到的每一个点至光心的距离值d均转化为RGB值，将转化后的RGB值以图片格式存储，得到球面全景影像的深度图；

（4）、当需要在球面全景影像上测量时，将鼠标移动到需要测量的目标点位置，此时读取目标点的像素坐标（u，v）以及球面极坐标，根据姿态参数(φ，ω，κ)以及像素坐标（u，v）计算目标点在球面全景影像的深度图中的像素坐标（u′，v′），读取此像素中的RGB值，并将其转化为距离值d，最后根据距离值d和角度坐标，即可计算得出目标点的三维坐标(x,，y，z)。

2.根据权利要求1所述的球面全景影像与三维激光扫描点云的配准及测量方法，其特征在于：步骤（1）中像素坐标（u，v）转换为球面极坐标的公式为：

，

式中，dx为球面全景影像的纵向像素大小，dy为球面全景影像的横向像素大小；球面极坐标转换为三维直角坐标(x₀，y₀，z₀)的计算公式为：

。

3.根据权利要求1所述的球面全景影像与三维激光扫描点云的配准及测量方法，其特征在于：步骤（2）中姿态参数(，ω，κ)以及球面全景影像的光心位置坐标(Xc，Yc，Zc)的计算方法为：根据点云数据中的点、球面全景影像中的点以及球面全景影像球心三点共线，得到以下关系式：

其中R为旋转矩阵，

转换后得：

其中：

，

，    其中a₁、a₂、a₃、b₁、b₂、b₃、c₁、c₂、c₃为旋转矩阵的元素；

将转换后的公式展开，得：

设：,

则：,

,

又设：，

其中?、?为观测值，其相应的改正数为?_?、?_?；将上式用泰勒公式展开成线性形式，即可得到线性化的误差方程如下：

，

其中，（?）、（?）为使用待定参数的近似值带入公式中求出的?、?的计算值，?Xc、?Yc、?Zc、、?ω、?κ为未知数Xc、Yc、Zc、，ω，κ的改正数；

然后采用以下公式计算α、β对各个未知数的偏导数：

再将误差方程转化为矩阵形式：

其中，

根据最小二乘平差原理，列出法方程式：

 

则法方程的解为：

 

从而求出待测未知数的近似值的改正数矩阵H的6元素ΔXc、ΔYc、ΔZc、、Δω、Δκ；

最后对计算结果进行重复迭代计算，每次迭代时用未知数近似值与上次迭代计算的改正数之和作为新的近似值，重复计算过程，求出新的改正数，依此反复趋近，直至改正数小于设定的阈值，最后得到未知数的解，为：

其中Xc⁰为Xc的近似值，ΔXc¹为第一次计算的改正数，ΔXc²为第二次计算的改正数，其他数据均依此类推。