[发明专利]一种地面三维激光点云与探地雷达图像融合的方法

说明书

本发明公开了一种地面三维激光点云与探地雷达图像融合的方法，在探地雷达图像与GPS数据同步采集基础上，利用改进的电磁波路径传播模型实现探地雷达图像的时深转换，以地面三维激光数据所在坐标系为参考，结合地理参考绝对定位方程将两不同源异构数据转换到同一坐标系下，实现数据融合。本发明根据地面三维激光扫描仪与探地雷达的数据特点，提出基于三维激光点云与探地雷达图像融合方法，实验结果和误差分析证明，流程比较简单，融合精度较高，具有广泛的适应性；克服两不同源异构数据的分辨率和数据量之间的差异，充分发挥三维激光扫描仪与探地雷达两个传感器各自优势，实现两种不同类型数据之间的有效融合。

技术领域

本发明涉及图像处理领域，具体涉及一种地面三维激光点云与探地雷达图像融合的方法。

背景技术

探地雷达作为利用高频电磁波来确定浅表地层构造的无损地球物理探测技术，由于其操作简便、检测范围广、探测深度深和分辨率高等特点，已被广泛应用于考古探测、地质工程勘察、公路病害检测、道路空洞和地下水污染探测等诸多领域，取得了较好的应用效果。地面三维激光扫描仪以非接触的测量方式快速获取被测物体外部几何形态或三维场景，近年来应用也很广泛。

地面三维激光扫描仪可以获取被测物体外部精细的几何形态或三维场景，但无法穿透物体实现对其内部结构的有效探测，而探地雷达可以穿透物体或地面获取内部异常形态。因此，将地面三维激光扫描仪和探地雷达获取的数据进行融合成为目前研究的热点之一。

探地雷达获取的数据是由连续单道波组成在水平和竖直方向上呈一定比例的二维时间剖面，而地面三维激光扫描仪获取的则是具有拓扑关系的离散点云。地面三维激光点云与探地雷达图像为非同源遥感数据，两种数据源之间既没有统一的坐标系统，又不存在同名特征，目前没有一种方案能克服两种非同源异构特征而实现两数据之间的配准融合。

发明内容

针对地面激光点云与探地雷达图像的数据没有较好的融合实现方法，融合精度不确定的技术问题，本发明提出一种地面三维激光点云与探地雷达图像融合的方法，解决了两异构数据源之间的配准整合问题，实现了两种数据之间的融合显示，很好地发挥了两种技术的各自优势，克服了单一数据源缺陷，促进了两种数据之间的相互解译，提高了探地雷达图像解译的准确性。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种地面三维激光点云与探地雷达图像融合的方法，在探地雷达图像与GPS数据同步采集基础上，利用改进的电磁波路径传播模型实现探地雷达图像的时深转换，以地面三维激光数据所在坐标系为参考，结合地理参考绝对定位方程将两不同源异构数据转换到同一坐标系下，实现数据融合，其步骤如下：

步骤一：地面三维激光扫描仪采集的点云数据和高分辨率影像直接融合生成彩色激光点云，进行滤波和抽稀处理后，结合三个或三个以上地面已知控制点通过七参数转换法将彩色激光点云由仪器坐标系转换到大地坐标系下；

步骤二：对探地雷达采集的二维时间剖面图像进行相应的数据后处理，后处理包括解震荡滤波、自动增益、背景滤波、带通滤波和图像平滑处理；

步骤三：根据探地雷达和GPS同步采集后的时间同步文件，将处理后的探地雷达图像与GPS坐标进行精确匹配，得到探地雷达图像竖直方向上首个采样点的坐标；

步骤四：在改进的电磁波传播路径模型基础上，根据电磁波在介质中的传播速度实现探地雷达图像纵轴方向上的时深转换，由首个采样点的坐标得到探地雷达图像上所有采样点坐标；

步骤五：根据探地雷达数据采集方式建立了探地雷达探测空间坐标系，以三维激光点云所在坐标系为参考，建立三维激光点云与探地雷达坐标系之间的参数转换模型，将探地雷达图像上所有采样点统一到同一坐标系中，实现探地雷达图像与三维激光点云的融合。

所述七参数转换法将彩色激光点云转换为大地坐标系下的方法为：