[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

说明书

本发明公开了一种基于激光扫描数据的隧道漫游视频生成方法，包括步骤：一、采集隧道壁激光扫描数据；二、断面点云扫描线数插值校准；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；四、获取断面点云对应的灰度信息；五、生成隧道衬砌管片各环的正射影像；六、生成一帧透视投影影像；七、生成逐帧的透视投影影像；八、生成沿隧道里程方向的漫游视频。本发明利用透视投影技术将视觉范围内的物体，以人眼视觉“近大远小”的效果投影到单一平面，生成沿隧道里程方向的逐帧的透视投影影像，通过设置每秒移动的图像帧数，便可生成漫游视频，逼真展示物体的空间透视形象，直观、清晰、真实且效率高，无需光照、无需手工建模、视频清晰度高。

技术领域

本发明属于隧道漫游视频生成技术领域，具体涉及一种基于激光扫描数据的隧道漫游视频生成方法。

背景技术

当前对大型土木工程等领域的监控与变形检测等，有基于人工检测、基于立体视觉检测、基于激光扫描检测等方式。人工检测借助高精度测量仪器，如水准仪、全站仪等，能获得高精度的结果，但存在效率低、劳动强度大等缺点；基于立体视觉检测，通过双目相机获取待检测区域的左右图像后，采用阈值分割、特征点检测、提取、立体匹配等，获得待检测对象的轮廓、位置、深度信息，具有灵活性强、成本低等优点，但其受天气，如光照、雨雪等复杂环境的影响较大。激光扫描技术能获得物体表面的大量坐标点云和激光反射率等信息，快速复建物体轮廓，生成物体的灰度图像等，具有速度快、精度高、且受天气变化影响小，鲁棒性强等优势，正逐渐应用到大型工程领域，如地铁隧道检测等。目前基于激光扫描对隧道进行检测通常直接对点云进行算法处理分析，但可视化较差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于激光扫描数据的隧道漫游视频生成方法，利用透视投影技术将视觉范围内的物体，以人眼视觉“近大远小”的效果投影到单一平面，生成沿隧道里程方向的逐帧的透视投影影像，静止的序列影像图像，快速连续的显示，便形成运动的假象，通过设置每秒移动的图像帧数，便可生成漫游视频，逼真展示物体的空间透视形象，直观、清晰、真实且效率高，无需光照、无需手工建模、视频清晰度高，便于推广使用。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：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；