專利名稱：一種球面全景影像與三維激光掃描點云的配準及測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種將球面全景影像與三位激光掃描點云進行配準以及配準后根據(jù)圖像進行快速測量的方法，屬于光電測繪領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
三維激光點云是物體表面的高精度三維坐標，通過點云直接可以獲取地物坐標及特征信息，但沒有紋理和顏色信息，表現(xiàn)不直觀。球面全景影像數(shù)據(jù)具有形象的紋理和顏色信息，可以作為三維激光點云數(shù)據(jù)的紋理補充。三維激光點云數(shù)據(jù)和球面全景影像數(shù)據(jù)各有優(yōu)勢和特長，倘若將三維激光點云和全景影像數(shù)據(jù)結(jié)合使用，那么既可以通過三維激光點云可以找到對應(yīng)影像像素，進行點云著色，反之以球面全景影像作為展現(xiàn)載體 ，通過影像素坐標可以找到對應(yīng)三維激光點云，進行地物量測。但是要實現(xiàn)上述目的必須解決兩者之間的配準問題，該問題目前是研究的熱點。同時，如何在在配準后的球面全景視圖中根據(jù)任意像素快速獲取的點云坐標也是亟待解決的問題，由于海量的點云數(shù)據(jù)不適合于互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用，想要解決球面全景影像快速測量問題必須解決點云數(shù)據(jù)的存儲難題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種球面全景影像與三維激光掃描點云的配準及測量方法，解決了上述背景技術(shù)中的難題，該方法不僅能夠?qū)⑶蛎嫒坝跋衽c三維激光掃描點云進行高度配準，同時還能夠?qū)δ繕它c實現(xiàn)快速測量。實現(xiàn)本發(fā)明上述目的所采用的技術(shù)方案為一種球面全景影像與三維激光掃描點云的配準及測量方法，包括以下步驟(I)、用單位球體的三維結(jié)構(gòu)模擬球面全景影像，將球面全景影像的像素坐標(U，V)首先轉(zhuǎn)換為球面極坐標(θ，φ)，然后將球面全景影像的球面極坐標轉(zhuǎn)換為三維直角坐標(x0，10，Z0);(2)、在球面全景影像中選取三個以上的分別位于不同平面上的點作為控制點，同時與之對應(yīng)的在點云數(shù)據(jù)中選取上述控制點，根據(jù)控制點在球面全景影像中的坐標以及在點云數(shù)據(jù)中的坐標，即可計算得出球面全景影像在點云數(shù)據(jù)中的姿態(tài)參數(shù)(Φ，ω，Κ)，以及球面全景影像的光心在點云數(shù)據(jù)中的位置坐標(Xe，Yc，Zc)，從而將球面全景影像在點云數(shù)據(jù)中進行配準；(3)、以球面全景影像的光心位置坐標(Xe，Yc, Zc)為原點，搜索空間范圍內(nèi)的點云，將搜索到的每一個點至光心的距離值d均轉(zhuǎn)化為RGB值，將轉(zhuǎn)化后的RGB值以圖片格式存儲，得到球面全景影像的深度圖；(4)、當需要在球面全景影像上測量時，將鼠標移動到需要測量的目標點位置，此時讀取目標點的像素坐標(U，V)以及球面極坐標(θ,φ)，根據(jù)姿態(tài)參數(shù)(Φ，ω，K)以及像素坐標(U，V)計算目標點在球面全景影像的深度圖中的像素坐標(u' ,N')，讀取此像素中的RGB值，并將其轉(zhuǎn)化為距離值d，最后根據(jù)距離值d和角度坐標(θ，φ)，即可計算得出目標點的三維坐標(X，，y，ζ)。步驟(I)中像素坐標(U，V)轉(zhuǎn)換為球面極坐行(θ φ)的公式為
權(quán)利要求
1.一種球面全景影像與三維激光掃描點云的配準及測量方法，其特征在于包括以下步驟(1)、用單位球體的三維結(jié)構(gòu)模擬球面全 景影像，將球面全景影像的像素坐標(U，V)首先轉(zhuǎn)換為球面極坐標(e,(P)，然后將球面全景影像的球面極坐標轉(zhuǎn)換為三維直角坐標(X。，IO，Z0); (2)、在球面全景影像中選取三個以上的分別位于不同平面上的點作為控制點，同時與之對應(yīng)的在點云數(shù)據(jù)中選取上述控制點，根據(jù)控制點在球面全景影像中的坐標以及在點云數(shù)據(jù)中的坐標，即可計算得出球面全景影像在點云數(shù)據(jù)中的姿態(tài)參數(shù)((P，CD, K)，以及球面全景影像的光心在點云數(shù)據(jù)中的位置坐標(Xe，Yc，Zc)，從而將球面全景影像在點云數(shù)據(jù)中進行配準； (3)、以球面全景影像的光心位置坐標(Xe，Yc,Zc)為原點，搜索空間范圍內(nèi)的點云，將搜索到的每一個點至光心的距離值d均轉(zhuǎn)化為RGB值，將轉(zhuǎn)化后的RGB值以圖片格式存儲，得到球面全景影像的深度圖； (4)、當需要在球面全景影像上測量時，將鼠標移動到需要測量的目標點位置，此時讀取目標點的像素坐標U，V)以及球面極坐標(0,(P),根據(jù)姿態(tài)參數(shù)(cK CO，K)以及像素坐標(U，V)計算目標點在球面全景影像的深度圖中的像素坐標(u'，v')，讀取此像素中的RGB值，并將其轉(zhuǎn)化為距離值d，最后根據(jù)距離值d和角度坐標(0，cp)，即可計算得出目標點的三維坐標(X，，y, z)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的球面全景影像與三維激光掃描點云的配準及測量方法，其特征在于步驟(I)中像素坐標(u，V)轉(zhuǎn)換為球面極坐標(e, cp)的公式為
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的球面全景影像與三維激光掃描點云的配準及測量方法，其特征在于步驟(2)中姿態(tài)參數(shù)((P , CO, K)以及球面全景影像的光心位置坐標(Xe，Yc，Zc)的計算方法為根據(jù)點云數(shù)據(jù)中的點、球面全景影像中的點以及球面全景影像球心三點共線，得到以下關(guān)系式
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的球面全景影像與三維激光掃描點云的配準及測量方法，其特征在于步驟(3)中的具體步驟為首先預(yù)設(shè)一張球面全景影像的深度圖，根據(jù)角度坐標以及像素坐標將該預(yù)設(shè)深度圖劃分為網(wǎng)格狀，并開辟保存每個網(wǎng)格中保存的點云距離的數(shù)據(jù)組；然后以球面全景影像的光心位置坐標(Xe，Yc, Zc)為原點，搜索空間范圍內(nèi)的點云，根據(jù)搜索到的點以及光心坐標，計算點的極坐標(e cp)以及到光心的距離值d;根據(jù)點的極坐標(e,cp)，計算確定點所對應(yīng)深度圖中的具體網(wǎng)格，并更新該網(wǎng)格中的點的距離值d;最后將所有距離值d均轉(zhuǎn)化為RGB值，將轉(zhuǎn)化后的RGB值——存儲于對應(yīng)網(wǎng)格中，即可得到球面全景影像的深度圖。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的球面全景影像與三維激光掃描點云的配準及測量方法，其特征在于當有多個點同時對應(yīng)到一個網(wǎng)格中時，選取多個點中的距離值最小者。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種球面全景影像與三維激光掃描點云的配準及測量方法，首先用單位球體的三維結(jié)構(gòu)模擬球面全景影像，將球面全景影像的像素坐標轉(zhuǎn)換為三維直角坐標，然后計算出球面全景影像在點云數(shù)據(jù)中的姿態(tài)參數(shù)以及球面全景影像的光心在點云數(shù)據(jù)中的位置坐標將球面全景影像在點云數(shù)據(jù)中進行配準；再通過計算得到球面全景影像的深度圖；最后當需要在球面全景影像上測量時，將鼠標移動到需要測量的目標點位置，即可計算得出目標點的三維坐標。本發(fā)明提供的配準及測量方法不僅能夠?qū)⑶蛎嫒坝跋衽c三維激光掃描點云進行高度配準，同時還能夠?qū)δ繕它c實現(xiàn)快速測量。
文檔編號G06T7/00GK103017653SQ20121049092
公開日2013年4月3日 申請日期2012年11月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月27日
發(fā)明者劉守軍, 龔書林 申請人:武漢海達數(shù)云技術(shù)有限公司