[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

说明书

本发明公开了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，其采用三维激光扫描仪和外置相机进行联合标定，并建立三维全景点云与多张影像的几何对应关系，实现全景影像与三维激光点云的纹理映射，获取具有丰富纹理信息的彩色点云，且精度和效率显著优于现有的获取方法。

技术领域

本发明涉及图像三维信息重构的技术领域，特别涉及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。

背景技术

三维激光扫描技术作为快速获取场景表面三维信息的手段，正以其独有的优势广泛地应用于虚拟现实、逆向工程、历史遗迹保护等众多行业领域，具有十分广阔的应用前景。而数码影像作为丰富几何信息和表面纹理信息的数据载体，与点云数据是两种跨模态的异源数据，两种数据结合可以充分发挥各自的优势，实现复杂对象的精细化三维重建。

针对如何获取带有丰富纹理信息的全景三维点云的问题，现有方法主要有以下几种：

1、利用SIFT特征对影像序列进行匹配，然后利用“从运动中恢复结构”算法恢复稀疏的三维点云，最后将由数码影像生成的彩色密集点云与激光点云进行配准，得到带有纹理信息的全景彩色点云。该方法自动化程度较高，可以充分利用多张影像的纹理信息，且精度高，但该算法效率低下：对长城拍摄120张影像进行处理，需要花费将近3小时；对巴黎圣母院拍摄2635张影像进行处理，需要花费12天之久。该方法基于影像匹配精确寻找像对同名点，并生成密集彩色点云，因此对数码影像质量有较高的要求，算法运行时间主要消耗在影像匹配与光束法平差，重建精度较高，但效率较低。

2、全景影像序列与点云的整体配准方法，直接利用全景成像数学模型，对全景影像序列进行SFM，得到彩色密集点云，将其与激光点云进行ICP配准，从而得到具有纹理信息的彩色点云。

3、利用点云生成的全景强度影像与光学影像在互信息衡量标准的基础上对两者进行配准的方法，然而对于影响点云强度图像灰度值的因素很多，因此将点云全景强度影像像素点作为配准基元难度较大，而且点云全景强度影像与光学影像的成像原理不同，SIFT，SURF等特征监测算子不易获取正确特征点，因此难以与数码影像进行配准。

4、利用互信息对车载激光点云和全景影像进行配准。

5、将多张CCD数码影像拼接成全景影像，并且根据中心投影成像原理将全景影像转化为全景球面点云，在全景影像与三维激光扫描点云上建立对应控制点，使用罗德里格矩阵进行配准，得到彩色全景点云，但由于数码影像拼接需要进行影像匹配，因此影像分辨率越高，影像拼接效率越低，而且得到的全景影像易产生畸变，对后续纹理映射的精度产生较大影响。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。

本发明还有一个目的是提供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，采用三维激光扫描仪和外置相机进行联合标定，并建立三维全景点云与多张影像的几何对应关系，实现全景影像与三维激光点云的纹理映射，获取具有丰富纹理信息的彩色点云，且精度和效率显著优于现有的获取方法。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了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，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；