[发明专利]一种基于激光扫描数据的隧道漫游视频生成方法

权利要求书

1.一种基于激光扫描数据的隧道漫游视频生成方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、采集隧道壁激光扫描数据：将激光扫描仪架设在移动载体上，设置移动载体的移动速度，并预先设置所述激光扫描仪的扫描分辨和采样频率，利用激光扫描仪的2D断面螺旋扫描模式，覆盖隧道内壁并沿隧道里程方向移动采集隧道内壁带有激光反射率的断面点云，每一个断面点云的扫描点坐标以激光扫描仪仪器中心为圆心；

步骤二、断面点云扫描线数插值校准：根据移动载体的移动速度和激光扫描仪的采样频率，计算隧道衬砌管片一环固定长度上断面点云扫描线数理论值，并将断面点云扫描线数理论值与对应隧道衬砌管片一环实际断面点云扫描线数进行比较，对隧道衬砌管片一环实际断面点云扫描线数不均匀的断面点云扫描线数进行插值处理，获得沿隧道里程方向具有均匀分布的各个断面点云扫描线；

步骤三、获取以隧道断面中心为圆心的断面扫描点坐标和断面直径：对断面点云扫描线数插值校准后的断面点云扫描点进行稳健估计，剔除粗差点，通过圆心拟合处理，获取以隧道断面中心为圆心的断面扫描点坐标和断面直径；

步骤四、获取断面点云对应的灰度信息：根据每个断面点云的激光反射率，获取对应断面点云的反射强度信息，对断面点云的反射强度进行圆心正射投影，获取断面点云中每个扫描点的灰度值；

步骤五、生成隧道衬砌管片各环的正射影像：针对每环隧道衬砌管片上各个断面点云扫描线对应的灰度信息构建一个图像灰度矩阵，并添加地理标签，生成隧道衬砌管片各环的正射影像图；

步骤六、生成一帧透视投影影像：选取视角，以人眼为视角，设置视场角FOV以及隧道不同位置对应的最近可视距离和最远可视距离，以最远可视距离对应的投影平面作为透视投影的透视投影面，根据公式得计算隧道该透视范围内第i条断面点云扫描线坐标在透视投影面上的坐标值ρ_i，其中，r_i为隧道该透视范围内第i条断面点云扫描线坐标，l为视角点与透视投影面的固定距离，l_i为视角点与隧道该透视范围内第i条断面点云扫描线所在断面的距离；

从隧道该透视范围内最近可视距离逐渐过渡到最远可视距离，对隧道该透视范围内每一条断面点云扫描线进行透视投影，并将隧道该透视范围内每一条断面点云扫描线在透视投影面内的坐标和灰度信息一一对应，生成一帧透视投影影像；

步骤七、多次循环步骤六，生成沿隧道里程方向的逐帧的透视投影影像，直至移动载体停止移动，激光扫描仪不再采集隧道壁激光扫描数据；

步骤八、生成沿隧道里程方向的漫游视频：设置每秒输出的透视投影影像帧数，按照时间顺序，对逐帧的透视投影影像连续输出，生成沿隧道里程方向且模拟人眼视角的漫游视频。

2.按照权利要求1所述的一种基于激光扫描数据的隧道漫游视频生成方法，其特征在于：步骤一中所述激光扫描仪为三维激光扫描仪Faro或Z+F 9012三维激光扫描仪。

3.按照权利要求1所述的一种基于激光扫描数据的隧道漫游视频生成方法，其特征在于：步骤五中所述地理标签包括隧道衬砌管片环号、里程、变形、病害范围和设施设备。

4.按照权利要求1所述的一种基于激光扫描数据的隧道漫游视频生成方法，其特征在于：步骤一中所述移动载体的移动速度为3km/h～10km/h；所述激光扫描仪的扫描分辨为3～5；所述激光扫描仪的采样频率为50Hz～200Hz；步骤二中隧道衬砌管片一环固定长度为1.2m；步骤八中，设置每秒输出25帧～35帧的透视投影影像。

5.按照权利要求1所述的一种基于激光扫描数据的隧道漫游视频生成方法，其特征在于：步骤六中所述视角为正视、左视、右视、俯视或仰视，生成一帧透视投影正视影像、透视投影左视影像、透视投影右视影像、透视投影俯视影像或透视投影仰视影像；步骤八中，按照时间顺序，对逐帧的透视投影影像连续输出，生成沿隧道里程方向且模拟人眼视角的正视漫游视频、左视漫游视频、右视漫游视频、俯视漫游视频或仰视漫游视频。

6.按照权利要求1所述的一种基于激光扫描数据的隧道漫游视频生成方法，其特征在于：步骤六中所述视角为360°任意三维视角，生成一帧透视投影360°任意三维视角影像；步骤八中，按照时间顺序，对逐帧的透视投影影像连续输出，生成沿隧道里程方向且模拟人眼视角的360°任意三维视角漫游视频。