[发明专利]基于重心偏离度的隧洞点云配准方法、装置

说明书

本发明公开了一种基于重心偏离度的隧洞点云配准方法、装置，所述方法包括：获取隧洞的基准点云和目标点云；迭代步骤：在基准点云中选择基准共面四点基，在目标点云中选择对应的候选点集合；计算候选点集合中各个点的重心偏离度，根据重心偏离度之间的偏差确定候选同名配准基元；根据仿射比例和线段夹角，从候选同名配准基元中确定目标共面四点基，并计算配准变换参数；重复迭代步骤，获取多组配准变换参数，选取最优配准变换参数。本方案中，采用重心偏离度，不依赖于配准对象的规则几何特征，且重心能够较好的表现隧洞地质岩体对象局部空间结构形态，在配准的效率和准确性方面都有较大程度的提高。

技术领域

本发明涉及地质测量领域，尤其涉及一种基于重心偏离度的隧洞点云配准方法、装置。

背景技术

全面、快速、准确地获取隧洞围岩的复杂地质信息，是分析评价隧洞稳定性和设计支护参数等工程问题的重要基础，是当前隧洞工程地质领域的重要研究内容。

在进行地质信息的获取时，可以采用多数据源融合，充分利用每种数据源优势，有利于隧洞地质信息的准确、高效获取，数据配准是实现多数据源融合的前提和关键。

然而隧洞围岩的自然特征形态多样，内部狭长且表面形状不规则，缺少用以标定参考尺度和方向的特征，因此隧洞难以识别，导致多源数据融合十分困难。

发明内容

发明目的：本发明旨在提供一种基于重心偏离度的隧洞点云配准方法、装置，采用重心偏离度，可以不依赖于配准对象的规则几何特征，且重心能够较好的表现隧洞地质岩体对象局部空间结构形态，在配准的效率和准确性方面都有较大程度的提高。

技术方案：本发明提供一种基于重心偏离度的隧洞点云配准方法，包括：

分别采集隧洞的三维激光点云和影像序列，从三维激光点云提取特征点云作为基准点云，从影像序列提取真实尺度的稀疏点云作为目标点云；

迭代步骤：在基准点云中选择基准共面四点基，在目标点云中选择对应的候选点集合；计算候选点集合中各个点的重心偏离度，将重心偏离度之间的差值小于阈值的作为基准共面四点基的候选同名配准基元；根据基准共面四点基的仿射比例和线段夹角，从候选同名配准基元中确定目标共面四点基，并计算配准变换参数；

重复迭代步骤进行迭代计算，获取多组配准变换参数，选取最优配准变换参数。

具体的，采用三维尺度不变特征转换从三维激光点云提取特征点云，基于运动恢复结构从影像序列提取稀疏点云，并依据隧洞中的真实刻度将稀疏点云的尺度转换为真实尺度。

具体的，在目标点云中提取与基准共面四点基的点对距离相等的候选点集合C₁和C₂，其中，，m和n为自然数，对基准共面四点基的点对和，均有和，点对连成的线段与另一点对连成的线段存在交点。

具体的，选取候选点集合中形成候选共面四点基的点对，以点作为球心，指定长度为半径，计算在球形邻域内存在的目标点云点集的重心坐标，与球心点空间坐标之间的偏移量。

具体的，将各点的重心偏离度彼此之间差值小于预定阈值的候选共面四点基，作为候选同名配准基元。

具体的，若候选同名配准基元与基准共面四点基存在以下关系，则认定仿射比例相同：

，

其中，λ₁和λ₂分别为第一比例和第二比例，v₁ 为基准点云中线段的交点，v₂为目标点云中线段的交点；

线段夹角，指共面四点基中两线段之间的夹角；

将仿射比例和线段夹角与基准共面四点基相等的候选同名配准基元，作为目标共面四点基。