[发明专利]一种地面激光雷达与近景摄影测量数据的高精度配准方法

说明书

技术领域

本发明属于地面激光雷达与摄影测量数据融合领域。由于地面激光雷达数据需要纹理数据，所以需要二者进行配准后，方能进行数据融合。本发明主要研究地面激光雷达点云与摄影测量影像的高精度配准的新方法，从而进行两种数据后续的融合和重建。 

背景技术

地面激光雷达能够快速、大面积、高精度的获取被扫描对象的三维点云模型，从而进行三维几何重建，但是其缺乏纹理信息，要通过与纹理影像的配准方能进行三维纹理重建。目前，获取纹理的方式有两种：一种是单张纹理影像，另一种是摄影测量影像。单张纹理影像与点云的配准是二维与三维的配准，由于两种数据分辨率的差异，纹理映射时相邻两张影像会出现纹理接缝现象，但是摄影测量数据相邻影像间应用匹配技术进行连接，匹配精度在一个像素内就消除了接缝问题，所以，本发明针对激光雷达与摄影测量数据的配准进行研究。 

摄影测量数据可以通过二维影像恢复三维信息，生成影像点云，影像点云与三维点云进行配准，使激光雷达数据具有纹理信息，达到数据融合的目的。目前，国内外学者对该问题已经进行了一些研究。A.F.Habib等于2005年探讨了LIDAR点云与与数字近景摄影测量一体化的方法，将LIDAR数据作为控制框架来确定像对比例参数，并给出了利用线性特征来完成LIDAR点云与影像的对应关系，同时还探讨了基于影像数据分割的点云中岩石信息的提取，但是该方法的线性特征使用手动进行的提取。Kwak等也做了利用平面特征来实现航空LIDAR与影像数据配准。武汉大学的邓非于2007年提出了一种激光扫描数据和数字图像配准的方法。该方法基于立体像对匹配点与三维扫描点云的最近邻迭代配准。该算法计算量比较大，并且需要人工在激 光点云和数字影像上粗略地选取若干连接点计算初始外方位元素值，精确度会受到影响。中国科学院光电研究院的米晓峰于2010等提出了一种LiDAR数据与立体像对的自动配准方法，通过立体相对特征点光线与LiDAR三角网相交的三维点的一致性对影像的姿态参数进行修正而得到同名匹配点，从而进行两种数据的配准，达到点云数据与影像数据的融合。武汉大学的翟瑞芳等与2011年用旋转平台扫描系统与摄影方法实现小型文物的激光点云与影像点云的融合，两者融合配准选用了控制点初定位与ICP相结合的算法，对于纹理重建没有做深入研究。这种摄影方式的配准方式主要是影像点云与激光点云的配准，对于纹理匮乏的对象，影像点云难以生成，配准比较困难。李海亮等于2012年研究利用影像边缘修补点云，摄影幅面较大，没有考虑关键特征的提取与匹配，且影像配准中手工选取控制点，误差较大，无法完成复杂场景的精密修补与精确融合，效率也低。赵自明等于2012年也做了类似研究，将影像与点云进行配准，然后利用影像投影边缘构造局部曲面内插来修补点云数据，能够修补一些规则或平滑曲面特征，对于复杂形体修补欠缺且研究不涉及纹理模型的重建。 

上述研究成果，有的是自动化程度低，有的是在某些已知条件下生成影像点云模型，然后进行影像点云与激光雷达扫描点云的配准。目前近景摄影测量影像是用非量测相机人工获取的，并且在扫描对象上无影像控制点，在无控制点的情况下，就要以激光扫描点云为整体控制，这种情况不符合原来摄影测量数据的处理方式，不能生成准确的影像点云与之进行配准，这也是本发明要解决的主要问题。 

发明内容

本发明针对以上要解决的技术问题，提出了一种地面激光雷达与近景摄影测量数据的高精度配准方法，该方法实现了无控制点条件下摄影测量影像的高精度定向，同时给出了以激光雷达点云为约束的影像密集点云的生成方法，最后实现了以激光雷达点云为控制的摄影测量数据与激光雷达数据的高精度配准。 

本发明提供的技术方案为： 

一种地面激光雷达与近景摄影测量数据的高精度配准方法，其包括以下步骤： 

步骤一、获取被扫描物的多张近景摄影图像，并通过地面激光雷达获取所述被扫描物的三维点云； 

步骤二、生成所述多张近景摄影图像对应的金字塔影像，并基于多张近景摄影图像的金字塔影像进行由粗到细的SIFT特征提取与匹配，与此同时根据匹配结果建立被扫描物的自由网模型； 

步骤三、从所述三维点云和其中几张近景摄影图像上任意选取至少四对控制点，并基于所述控制点对所述自由网模型进行光束法平差以实现对多张近景摄影图像的粗定向；