[发明专利]一种基于无人机的三维重建系统及三维重建方法

权利要求书

1.一种基于三维激光和相机的三维重建方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)获取联合标定参数：分别对同时间戳的激光数据和视觉数据进行角点特征提取，基于角点特征求得联合标定参数；

(2)激光数据的配准：连续的对不同时刻的点云数据进行配准，即把新加入的点云数据配准到历史点云数据当中，并对新加入的点云数据进行校准；

(3)对视觉数据进行特征提取；

(4)利用步骤(1)中的联合标定方法，将激光数据投影到视觉数据上，以使部分图像能够得到实际的三维坐标，实现数据的融合；

(5)进行校准，得到最后完全配准好的激光点云数据，实现三维场景的重构。

2.如权利要求1所述的基于三维激光和相机的三维重建方法，其特征在于，所述步骤(1)中，求出一个旋转矩阵R[α_x，α_y，α_z]和一个平移矩阵T[t_x，t_y，t_z]，使得相互转换可以成立，见公式(a)所示，激光数据可转换至相机坐标系下：

P_A＝RP_B+T (a)；

其中，P_B＝[x_B，y_B，z_B]^T为激光数据在激光坐标系下的坐标；

P_A＝[x_A，y_A，z_A]^T为激光数据在相机坐标系下的坐标。

3.如权利要求1所述的基于三维激光和相机的三维重建方法，其特征在于，所述步骤(2)中，利用RTK得到的定位导航数据来对新加入的点云数据进行校准，其中使用最近点迭代算法进行校准，最近点迭代算法包括：

在每次迭代的过程中，计算每帧点云中的每一个激光点，在另一帧点云中搜索距离最近的点，通过对应的点对，计算出旋转矩阵，使得所有两两之间的点云对的距离最小，如公式(b)所示，

其中，P和Q分别为两帧激光点云数据。

4.如权利要求1所述的基于三维激光和相机的三维重建方法，其特征在于，所述步骤(3)中，以角点作为跟踪点，其中角点特征提取通过窗口在图像上移动时，计算窗口内灰度变化，若灰度变化不大，那么此区域内不存在角点。若在窗口在沿一个方向移动时，灰度值发生较大变化，但是沿着其他方向移动时灰度值却基本没有变化，则此区域内的可能是一条直线；若窗口在沿着各个方向上移动时，灰度值都发生了较大变化，则认为此区域存在角点。

5.如权利要求1所述的基于三维激光和相机的三维重建方法，其特征在于，所述步骤(4)中，将激光数据和视觉数据进行融合时，需要先将激光数据进行一定的旋转平移，再投影到相应的视觉数据图像上去。

6.一种基于无人机的三维重建系统，包括无人机机体、供电部分以及用于采集视觉数据的相机，其特征在于，还包括用于采集激光数据的激光雷达，所述无人机机体包括用于承载并安装固定相机和激光雷达的载荷板，所述相机和激光雷达分别安装于载荷板的两侧。

7.如权利要求6所述的基于无人机的三维重建系统，其特征在于，所述无人机机体还包括机臂，所述机臂上设置有用于固定RTK天线与GPS的固定栓。

8.如权利要求6所述的基于无人机的三维重建系统，其特征在于，RTK天线的两根天线之间的距离大于30厘米，GPS的箭头指向无人机机体的机头方向。

9.如权利要求6所述的基于无人机的三维重建系统，其特征在于，还包括用于对无人机机体、激光雷达以及相机进行远程操控的远程操控服务器。