[发明专利]基于二维投影线段的建筑物点云自动配准的方法

权利要求书

1.一种基于二维投影线段的建筑物点云自动配准的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1.设目标点云为P^t，待配准的点云为P^s，对P^t和P^s均依次进行：空间均匀下采样、过滤Z方向上的主要水平面、投影至X-Y平面这些预处理，得到二维点云和

步骤2.设置点到直线的最远距离、聚类时近邻搜索的半径、合格线段包含的最少点数、合格线段的最短长度作为提取要求，分别从和中提取出符合提取要求的二维点云线段形成二维点云线段集合L^t和L^s，对L^t和L^s中的点云线段按照长度进行降序排列；

步骤3.获取二维点云线段集合的合格交点、附带的虚拟点和夹角：对于L^t，首先计算出最长的点云线段所在直线与L^t中余下任一点云线段所在直线形成的角度若说明该交点合格，则计算出两条直线的交点以及附带的两个虚拟点并进行比对：设两条相交直线的交点为p_inters(c₁,c₂)，设直线上距离该交点长度为r的一个虚拟点为p(x,y)，则存在如下关系：

将式(7)中的第一项式代入第二项式中，可求得x的值为：

其中，

每条直线均计算得到两个虚拟点，接着对于每条直线均分别计算两个虚拟点到p_cent的距离d₁和d₂，每条直线上距离p_cent最近的那个虚拟点即为所求合格交点附带的虚拟点，p_cent为两条相交点云线段的质心；

一旦两条线段比对过，则对其进行标记避免重复比对，以此类推，对任意两条线段进行比对，求出L^t中所有合格的交点形成交点集合I^t，每个合格的交点又附带两个虚拟点，计算出每个合格交点同其附带的两个虚拟点的夹角形成夹角集合θ^t；采用前述L^t同样的方法，获取L^s中所有合格交点的交点集合I^s、每个合格交点附带的两个虚拟点、和对应的夹角集合θ^s；

步骤4.比较θ^t中任一角度与θ^s中任一角度之差n₁为I^t的子集数目，1≤j≤n₂，n₂为P^s中合格交点的数目，如果|Δθ|1°，则认为相应的一对交点及其各自附带的虚拟点可能为同名点，相应的同名点关系为第一种与与与或者为第二种与与与两种组合形式；分别对这两种同名点组合关系进行考虑，求解出每种同名点组合所对应的转换参数：旋转矩阵R、平移向量T以及两个坐标系之间的转换矩阵A；

步骤5.设计数器C¹对应第一种形式为与与与的同名点组合，利用该同名点组合的转换矩阵A将p^s统一到p^t所在的坐标系下，接下来，对于I^s中每个交点均从I^t找出距离其最近且属于I^t的交点并计算这两点之间的距离d，一旦d＜长度阈值ε₇，则将两点作为一对同名交点，作为合格内点，并将计数器C¹的内点数目增加1，根据前述过程遍历完I^s中每个交点后得到计数器C¹中所有内点数目累计值和与每个合格内点对应的同名交点对；依照这种方法，得到第二种形式同名点组合的计数器C²中所有合格内点数目累计值和与每个合格内点对应的同名交点对；从C¹和C²中找出满足内点数目累计值最大或者超过一定阈值要求的计数器所对应的同名交点对作为符合配准条件的交点对进行配准，如果存在多组符合配准条件的同名交点对，则使用奇异值分解求解转换参数进行整体配准，利用求得的旋转矩阵和平移向量将P^s与P^t在X-Y平面上对齐，然后计算两个点云沿Z轴方向的平移量ΔZ，P^s与P^t经过X-Y面的对齐和Z方向的平移后，得到最终的配准结果。