[发明专利]三维激光扫描仪外置相机联合获取三维彩色点云的方法

权利要求书

1.一种三维激光扫描仪外置相机联合获取三维彩色点云的方法，通过在三维激光扫描仪上外置相机，实现由三维激光扫描仪得到的全景三维点云与相机拍摄的多张影像的多源数据融合，从而得到三维彩色点云，其中，主要包括以下步骤：

步骤1、三维激光扫描仪携相机水平旋转一周，得到由所述三维激光扫描仪扫描的全景三维点云，以及由所述相机拍摄的多张影像；

步骤2、在拍摄对象上选取控制点，并求取所述控制点在相机坐标系下的坐标值，以恢复全景三维点云与影像之间的映射关系；

步骤3、由步骤2得到的坐标值求得影像中初始影像在世界坐标系中的位置姿态参数；其中，所述位置姿态参数包括相机坐标系与世界坐标系之间的旋转矩阵R，以及平移向量t；

步骤4、由步骤3得到的位置姿态参数得到除初始影像外的其余影像在世界坐标系中的外参数；

步骤5、根据得到的位置姿态参数以及外参数按照步骤2得到的映射关系将影像映射到全景三维点云上，即得到所述拍摄对象的三维彩色点云。

2.如权利要求1所述的三维激光扫描仪外置相机联合获取三维彩色点云的方法，其中，所述相机为固定焦距的高分辨率的数码相机。

3.如权利要求1所述的三维激光扫描仪外置相机联合获取三维彩色点云的方法，其中，所述步骤2中通过将多个所述控制点转换为多个虚拟控制点的权重之和来求取控制点在相机坐标系以及世界坐标系下的坐标值，具体如公式1和2所示：

其中，P_i^w为所述控制点在世界坐标系中的坐标；P_i^c为所述控制点在相机坐标系中的坐标；a_ij为每个所述控制点用虚拟控制点表示的权重；为所述虚拟控制点在世界坐标系中的坐标；为所述虚拟控制点在相机坐标系中的坐标；i为所述控制点的个数。

4.如权利要求3所述的三维激光扫描仪外置相机联合获取三维彩色点云的方法，其中，所述虚拟控制点的权重采用主成分分析法得到，具体步骤为：

步骤A、采用公式3求取控制点P_i^w的质心作为第1个虚拟控制点的坐标值；

其中，P_c为所述控制点的质心；n为所述控制点的个数；

步骤B、采用奇异值分解法分解由所述控制点P_i^w按列组成的矩阵变换得到的协方差矩阵，得到所述协方差矩阵的奇异值，以及与所述奇异值对应的右奇异向量；

步骤C、将步骤B得到的奇异值和右奇异向量带入公式4中，得到除外的其余虚拟控制点的坐标值；

其中，σ_i为奇异值；v_i为与所述奇异值对应的右奇异值；

步骤D、根据求得的各个虚拟控制点的坐标值得到相应的各个虚拟控制点的权重。

5.如权利要求1所述的三维激光扫描仪外置相机联合获取三维彩色点云的方法，其中，所述步骤4中除初始影像外的其余影像在世界坐标系中的外参数是根据所述初始影像在世界坐标系中的位置姿态参数按照空间向量旋转法则得到的。

6.如权利要求1所述的三维激光扫描仪外置相机联合获取三维彩色点云的方法，其中，通过判断相机中心和全景三维点云之间的方向向量与相机主光轴间的夹角来区别所述相机主光轴的直线上同时出现的两张影像；

其中，若所述夹角小于90度，则判断相应的影像在三维激光扫描仪的前方，并获取影像的RGB色彩信息；

若所述夹角大于90度，则判断相应的影像在三维激光扫描仪的后方，并将影像舍弃。

7.如权利要求1所述的三维激光扫描仪外置相机联合获取三维彩色点云的方法，其中，所述步骤1中还包括对所述影像的匀光匀色处理；所述匀光匀色处理采用如下公式5描述的Mask匀光处理方法：

I′(x,y)＝I(x,y)+B(x,y) 公式5，

其中，I′(x,y)代表原始影像；I(x,y)为希望得到的光照均匀的图像；B(x,y)为背景影像。

8.如权利要求7所述的三维激光扫描仪外置相机联合获取三维彩色点云的方法，其中，所述步骤1中对匀光匀色处理后对得到的影像还采用线性融合方法进行接缝处理，以消除相邻影像间的色彩差异。