[发明专利]一种车载激光移动测量系统彩色点云生产方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种车载激光移动测量系统彩色点云生产方法，属于摄影测量和三维激光技术领域。

背景技术

车载激光移动测量系统由定位定姿系统(POS)、三维激光扫描仪与全景相机、工控计算机系统以及车辆载体组成。在移动数据采集过程中，POS系统获取移动测量系统的高频率高精度姿态参数，激光扫描仪获取扫描对象的精确三维坐标，全景相机获取采集对象的纹理信息，采用时间空间对齐原理，将采集的多传感器数据进行融合，为数字城市三维建模、大比例尺制图等基础数据建设提供快速、准确的支持。

车载激光移动测量系统彩色点云的生成，首先需要将点云数据与全景影像数据进行配准，然后根据共线方程原理，将全景影像上的纹理信息即图片像素的RGB值赋给三维点，从而使得点云获得颜色信息，生成彩色点云。但是，由于不同传感器之间存在着时间或者空间上的误差，全景相机安装在载车平台上进行拍照时产生的遮挡问题，以及车载激光扫描获取建筑物等地物结构不完整等问题，如果彩色点云直接采用简单的几何关系去自动配准，而不考虑实际采集过程中各种问题，则会导致生成彩色点云效果不够理想。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术存在的不足及面临的问题，而提供一种基于车载移动测量系统的数据采集的原理及特点的方法，高效的、流程化生产彩色点云数据，解决传感器之间的集成误差、全景相机拍照遮挡、扫描点云结构不完整等导致的点云着色不准确问题。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：提出一种基于车载激光测量系统数据采集特点及原理的彩色点云生产方法。首先，使用车载三维激光测量系统进行采集数据，采集数据过程在车辆行驶中进行，三维激光扫描仪用于获取点云数据，GPS导航仪与惯性制导系统构成的POS系统用于获取姿态位置信息；定义车载三维激光测量系统中的POS系统中心点为坐标系原点，车辆行驶的方向为Y轴正方向，垂直向上的方向为Z轴正方向，构建载体三维空间坐标系，再按如下步骤操作：

步骤1、在全景影像以及点云数据中选择多对同名特征点，计算出全景相机与POS系统之间精确相对位置及姿态，获取全景相机在载体坐标系下的位置(X_Pano，Y_Pano，Z_Pano)及姿态(Yaw_Pano，Pitch_Pano，Roll_Pano)；

步骤2、根据全景相机在载体坐标系下的位置和姿态参数，以及单张全景影像采集时刻的载体的位置姿态参数()，计算单张全景影像在绝对坐标系下的位置和姿态，然后计算两帧全景影像之间的空间距离值L，设定进行自动着色时的单帧着色范围。对点云进行分段，获取每一段点云PointCloud_i对应的全景影像Pano_i。

步骤3、根据点云数据PointCloud_i与全景影像数据Pano_i的匹配关系，使用全景影像对点云逐段进行自动着色；

步骤4、将点云数据与全景影像数据进行叠加显示，检查车辆转弯路段及GPS信号较差路段点云与全景配准情况，采用手动微调或者选点精确配准的方式，调整此时的全景相机的位置及姿态参数，调整至精确配准状态，着色当前帧全景影像所在区域；

步骤5、检查存在遮挡情况的建筑物地物着色情况，选择当前着色偏差区域点云数据，以及正确对应的全景影像，根据点云数据与全景影像的匹配关系，对选中的点云数据进行着色。

本发明方法步骤1中所述的在全景影像及点云数据上选取同名特征点，对应于在每一张全景影像上选取时，应至少选择3同名特征点，每一对同名特征点通过共线方程原理可以列出2个方程，求解全景相机在载体坐标系下的位置姿态共6个参数。

本发明的方法步骤2中所述根据全景相机在载体坐标系下的位置和姿态，以及单帧全景影像采集时刻载体的位置和姿态，可以通过坐标转换计算出单帧全景影像在绝对坐标系下的位置和姿态。

两帧全景影像之间的空间距离L，通过每帧全景影像的位置信息可以计算出。点云数据进行采集时，按照扫描圈进行存储，根据距离L，对点云数据进行分段，分段的原则包括：第一，每一段中点云数据PointCloud_i所包含的所有相邻圈之间的距离之和为L。第二，对每一帧全景影像Pano_i，满足其对应的每一段点云数据PointCloud_i中的三维坐标点在全景影像上找到正确对应像素最多。