[发明专利]一种基于图像配准的机载激光点云与影像配准融合方法

说明书

本发明公开了一种基于图像配准的机载激光点云与影像配准融合方法，用于将机载LiDAR系统采集的三维地形点云与航拍影像进行融合，生成真彩色三维点云图，包括以下步骤：利用三维激光点云生成点云正射投影图像A并建立点云‑像素索引；利用航拍影像生成航拍正射拼接图像B；对图像A和图像B进行图像配准操作，将点云正射投影图像A的像素坐标转换到航拍正射拼接图像B的像素坐标系下；利用点云‑像素索引进行反投影，找到每一个点云对应的航拍正射拼接图像B的像素坐标，将像素颜色值赋值给点云，融合后生成真彩色点云图。本方法对点云数据与影像数据是否同步采集不作限制，甚至可以使用第三方生成的航拍或遥感正射影像作为配准图像。

技术领域

本发明涉及无人机航拍测绘技术领域，具体涉及一种基于图像配准的机载激光点云与影像配准融合方法。

背景技术

激光扫描测量技术(Light Detection And Ranging)，简称LiDAR，又称“实景复制技术”，是三维数据技术和场景建模技术中最新的一种。机载LiDAR技术即把LiDAR技术使用在航空器上实现对地观测，集全球定位系统、惯性导航系统与激光三种技术于一身，能够快速高效地获取地物表面每个采样点的精确三维空间坐标。近年来，随着机载激光扫描测量技术的快速发展，其在数字城市、灾害监测、海岸工程、林业调查等方面具有广阔的应用前景。然而，该技术只能获取目标物体的离散三维空间坐标和反射强度信息，并不具备获取物体真实纹理信息的能力。而随着数字成像技术与图像传感器的快速发展，获取高清可见光图像并不是难题，与之对应的图像处理和融合技术在机器视觉、遥感航拍领域获得广泛的应用。图像带有的目标物体纹理信息与激光扫描技术获取的三维信息形成互补。

为了生成真彩色点云图，需要将点云和影像进行配准融合。三维点云和航拍影像数据的配准融合是不同类型传感器之间的数据配准融合问题，属于经典的二维-三维融合问题。根据配准的流程与配准特征的区别，目前二维和三维的配准方法可以分为下面几种：(1)激光扫描仪与相机同机位置标定法；(2)基于特征的3D-2D配准方法；(3)基于立体像对的3D-3D配准方法。第一种方法需要对相机和扫描仪固定安装和同步采集，并且需要进行精确的标定操作，存在一定的局限性；第二种方法要求点云和影像中存在较为明显的特征(点、线、平面)作为配准基元，且配准基元的提取精度对配准结果影响大；第三种方法对拍摄影像的倾斜角度和重叠度有要求，并且生成影像点云算法和过程较为复杂，精度也很难保证，不能满足快速高效地生成真彩色点云的要求。针对无人机机载航拍测绘，当扫描对象为荒地、山峰或海岸线等明显特征不多的地形时，现有的方法不能够完全解决数据的快速高效配准融合问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中的上述缺陷，提供一种基于图像配准的机载激光点云与影像配准融合方法。

本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种基于图像配准的机载激光点云与影像配准融合方法，所述方法包括下列步骤：

S1、对三维激光点云进行正射投影，生成点云正射投影图像A并建立点云-像素索引；

S2、对相机拍摄的航空影像进行畸变校正，对校正后的影像进行正射和拼接处理，生成航拍正射拼接图像B；

S3、将点云正射投影图像A作为浮动图像，航拍正射拼接图像B作为参考图像，对点云正射投影图像A与航拍正射拼接图像B进行图像配准操作，使用图像配准算法求解变换参数，将点云正射投影图像A的像素坐标变换到航拍正射拼接图像B的坐标系下；

S4、使用投影过程中建立的点云-像素索引对点云正射投影图像A的像素进行反投影，找到每个点云对应的航拍正射拼接图像B的像素坐标，从而把航拍正射拼接图像B的颜色值赋给对应的点云，生成真彩色点云图。

进一步地，所述步骤S1中生成点云正射投影图像A的过程包括：S11、采样过程；S12、量化过程；S13、插值过程。

进一步地，所述采样过程包括：