專利名稱：利用地面激光掃描技術(shù)進(jìn)行測(cè)量對(duì)象表面重建時(shí)點(diǎn)云配準(zhǔn)誤差處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到測(cè)繪科學(xué)與技術(shù)、逆向工程、古建數(shù)字保護(hù)領(lǐng)域，具體涉及利用地面激光掃描技術(shù)進(jìn)行對(duì)象表面重建時(shí)，針對(duì)點(diǎn)云配準(zhǔn)誤差處理方法。
背景技術(shù)：
目前，地面三維激光掃描技術(shù)日漸成熟，且地面三維激光掃描儀(terrestrial laser scanner,TLS)也逐漸商業(yè)化,它的應(yīng)用領(lǐng)域和范圍隨著研究的深入而向深度和廣度上發(fā)展。它在數(shù)字文物與歷史建筑、數(shù)字博物館、數(shù)字考古、地形勘測(cè)、虛擬現(xiàn)實(shí)、數(shù)字城市、 城市規(guī)劃、數(shù)字娛樂、影視特技制作、逆向工程等科學(xué)與工程領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用價(jià)值。 地面三維激光掃描技術(shù)作為一項(xiàng)全新的測(cè)量技術(shù)，其測(cè)量結(jié)果也必須滿足特定工程的具體精度需求，如果測(cè)量結(jié)果不能滿足具體工程的精度要求，那么所進(jìn)行的測(cè)量工作是無(wú)效的， 也是不可信的。這就要求對(duì)TLS進(jìn)行儀器精度評(píng)定、測(cè)量成果的精度評(píng)定、誤差理論及誤差傳播模型的研究]。到目前為止，國(guó)內(nèi)外對(duì)地面激光三維掃描儀器的檢驗(yàn)校正和測(cè)量成果精度評(píng)定，還沒有形成成熟的、通用的方法及評(píng)價(jià)體系，包括點(diǎn)云配準(zhǔn)誤差的研究都還處于探索之中。點(diǎn)云配準(zhǔn)的目的是把不同坐標(biāo)系下的點(diǎn)云坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到統(tǒng)一的坐標(biāo)系下。在攝影測(cè)量中，匹配的方法是在像方找到相鄰影像的同名點(diǎn)，再映射到空間方，解算出相鄰模型的空間相似變換參數(shù)，以此進(jìn)行拼接。按照此方法來(lái)進(jìn)行點(diǎn)云配準(zhǔn)，需要保證有精度足夠好的公共靶標(biāo)點(diǎn)云坐標(biāo)。但由于地面三維掃描儀本身精度限制，設(shè)站位置的不同，人員操作儀器的不當(dāng)，外界環(huán)境的各種影響，公共靶標(biāo)靶心反射率的強(qiáng)弱、靶標(biāo)的材質(zhì)和粘貼、靶心提取的誤差等因素，都會(huì)給采集的靶標(biāo)靶心坐標(biāo)的準(zhǔn)確度帶來(lái)影響。應(yīng)用含有誤差的同名點(diǎn)對(duì)進(jìn)行點(diǎn)云配準(zhǔn)必然給配準(zhǔn)的結(jié)果帶來(lái)誤差。多站掃描一個(gè)對(duì)象，需要進(jìn)行多站點(diǎn)云配準(zhǔn)。第一次兩兩配準(zhǔn)后的點(diǎn)云，已存在誤差，再進(jìn)行下一次配準(zhǔn)，會(huì)導(dǎo)致下一次配準(zhǔn)產(chǎn)生更大的誤差。因此，點(diǎn)云配準(zhǔn)存在誤差，多站配準(zhǔn)必然引起誤差傳遞。這種誤差的積累會(huì)使模型端點(diǎn)處的點(diǎn)位誤差較大，給點(diǎn)云精確配準(zhǔn)乃至后續(xù)三維建模帶來(lái)誤差甚至錯(cuò)誤。這就迫切需要對(duì)點(diǎn)云匹配誤差傳播的規(guī)律進(jìn)行深入的研究，給出點(diǎn)云配準(zhǔn)精度與點(diǎn)云模型累積誤差的定量關(guān)系，從而對(duì)點(diǎn)云配準(zhǔn)的精度做出評(píng)估。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于針對(duì)點(diǎn)云配準(zhǔn)存在的誤差難以確定與評(píng)估難題，提出一種基于攝影測(cè)量影像匹配的原理，利用最小二乘法對(duì)點(diǎn)云匹配誤差傳播的規(guī)律進(jìn)行處理的方法。本發(fā)明的技術(shù)方案如下—種利用地面激光掃描技術(shù)進(jìn)行測(cè)量對(duì)象表面重建時(shí)點(diǎn)云配準(zhǔn)誤差處理方法，其特征在于其具體包括以下步驟
(1)、利用最小二乘平差法解算6個(gè)空間相似變換參數(shù)9、w > K、AX、AY、A Z,即 三個(gè)角度旋轉(zhuǎn)參數(shù)9、《、k以及三個(gè)平移參數(shù)A X、A Y、A Z，并確定點(diǎn)云配準(zhǔn)誤差傳播
的數(shù)學(xué)模型如下
權(quán)利要求
1.一種利用地面激光掃描技術(shù)進(jìn)行測(cè)量對(duì)象表面重建時(shí)點(diǎn)云配準(zhǔn)誤差處理方法，其特征在于其具體包括以下步驟(I)、利用最小二乘平差法解算測(cè)量對(duì)象表面同一個(gè)點(diǎn)6個(gè)空間相似變換參數(shù)(P、 、 K、A X、A Y、A Z，即三個(gè)角度旋轉(zhuǎn)參數(shù)(p、《、K以及三個(gè)平移參數(shù)A X、A Y、A Z，并確定點(diǎn)云配準(zhǔn)誤差傳播的數(shù)學(xué)模型如下
全文摘要
本發(fā)明公開了一種點(diǎn)云配準(zhǔn)誤差處理方法，就是利用地面激光掃描技術(shù)進(jìn)行對(duì)象表面重建時(shí)，針對(duì)點(diǎn)云配準(zhǔn)產(chǎn)生的誤差進(jìn)行處理的方法；按照攝影測(cè)量影像匹配的原理進(jìn)行影像匹配，確定多站點(diǎn)云配準(zhǔn)誤差傳播的數(shù)學(xué)模型；由誤差方程得到系數(shù)陣；解算旋轉(zhuǎn)矩陣中六參數(shù)的方差、模型點(diǎn)的方差及單位權(quán)方差；由六參數(shù)的協(xié)因數(shù)陣，得到觀測(cè)值協(xié)因數(shù)陣和觀測(cè)值估計(jì)值的方差陣，并求得六參數(shù)與模型點(diǎn)組成的對(duì)角方差陣；根據(jù)協(xié)方差傳播定律，和誤差方程的系數(shù)陣，得到兩個(gè)不同掃描坐標(biāo)系下點(diǎn)云配準(zhǔn)的誤差傳播模型；確定依次配準(zhǔn)的次數(shù)，計(jì)算出每次配準(zhǔn)參數(shù)誤差方程系數(shù)陣，將這些系數(shù)陣與前一次配準(zhǔn)后的方差相乘可以得出多站配準(zhǔn)的誤差傳播模型。
文檔編號(hào)G06T7/00GK102609940SQ20121001417
公開日2012年7月25日 申請(qǐng)日期2012年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月17日
發(fā)明者劉仁義, 左偉, 左光之, 張緒能, 徐雪芳, 施貴剛, 金乃玲, 高旭光, 黃顯懷 申請(qǐng)人:安徽建筑工業(yè)學(xué)院