[发明专利]一种基于面特征的多平台点云匹配方法

权利要求书

1.一种基于面特征的多平台点云匹配方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.通过架设在不同平台上的数据采集设备采集目标区域的地物，获得不同平台下的原始点云数据并进行预处理；

S2.通过人机交互的方式，从预处理后的点云数据中均匀地选取三对以上不共面的匹配平面，采用稳健RANSAC算法进行平面拟合并提取公共面的参数，进行平面点云的自身平整度评价；

S3.基于三对以上对应平面的平面参数，将旋转参数化为非线性模型，进行线性化处理，平移参数不变，采用整体最小二乘法进行参数求解；通过基于平差结果的改正数，对待配准平面的相关性进行评价，对不满足要求的平面进行重新选取；

S3.1.构建坐标转换模型：

设同一平面在不同坐标系中的表示分别为(a₁，b₁，c₁，d₁)，(a₂，b₂，c₂，d₂)，则仿射转换模型为：

其中，表示旋转矩阵参数，表示平移矩阵参数；

S3.2.旋转矩阵进行线性化，将9参数转换为3参数：

用坐标转换参数替换旋转矩阵和平移矩阵，公式如下：

其中，α为绕x轴的旋转角度，β为绕y轴的旋转角度，γ为绕z轴的旋转角度；

法向量(a₂，b₂，c₂)计算公式如下：

a₂＝cosγcosβa₁+(cosγsinβsinα+sinγcosα)b₁+(sinγsinα-cosγsinβcosα)c₁；

b₂＝-sinγcosβa₁+(cosγcosα-sinγsinβsinα)b₁+(sinγsinβcosα+cosγsinα)c₁；

c₂＝sinβa₁-cosβsinαb₁+cosβcosαc₁；

S3.3.构建间接平差模型：

分别求α、β、γ关于a₂、b₂和c₂的偏导数：

d₂不需进行线性化处理，计算公式为：d₂＝t_xa₁+t_yb₁+t_zc₁+d₁；

间接平差模型公式如下：

将上式改写成最小二乘误差方程的形式如下：

V＝AX-L；

其中，X＝(dα dβ dγ dt_x dt_y dt_z)′，

为(a₂，b₂，c₂，d₂)的估计值；

S3.4.整体最小二乘求解参数：

假设观测量L中观测误差为e，系数矩阵A中误差为E_A，则最小二乘误差方程写为：(A+E_A)X＝L+e，

即存在式中，E＝[E_A e]；

此时最优化限制约束条件为：

采用奇异值分解的方法进行求解，对增广矩阵[A L]进行奇异值分解：

分解得到的m+1个特征向量组成的正交矩阵，

则参数X的估值表示为：

S3.5.根据平差结果的改正数对待配准平面的相关性进行评价，改正数越大，则相关性越弱，平面对越差，则需对不满足要求的平面对进行重新选取；

S4.基于坐标转换模型，完成点云的匹配。