一種三維激光成像系統(tǒng)的點云模型真彩色處理方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種三維激光成像系統(tǒng)的點云模型真彩色處理方法。本發(fā)明采用相片與點云結合的方法，通過坐標轉換提取被掃描物體自身的真彩色信息，完成點云模型真彩色處理。本發(fā)明解決了目前不能對三維立體模型進行真彩色處理的難題，同時不需要依賴于人工的判斷，不用區(qū)分物體形狀，直接對點云賦予顏色，運算速度快，時間開銷短，工作量小，能夠很好的得到三維立體模型的真彩色效果。
【專利說明】一種三維激光成像系統(tǒng)的點云模型真彩色處理方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種三維激光成像系統(tǒng)，尤其涉及一種三維激光成像系統(tǒng)的點云模型真彩色處理方法，屬于圖像處理【技術領域】。
【背景技術】
[0002]三維激光成像系統(tǒng)是指將激光掃描儀、全球定位系統(tǒng)、慣性測量系統(tǒng)等集成為一套設備，裝在載體上對地面目標進行掃描，得到地面目標的三維信息，通過處理得到需要的三維空間圖像。由于獲取的反射回來的激光點數(shù)據(jù)呈星云狀密集分布，所以形象地稱為激光點云(Point Cloud),意思為無數(shù)的點以測量的規(guī)則在計算機里呈現(xiàn)物體的結果。三維激光成像系統(tǒng)通過給數(shù)字點云圖配真彩色，從而得到被掃描物體的真彩色三維模型。
[0003]通過三維激光成像系統(tǒng)獲得激光點云圖能夠呈現(xiàn)被掃描物的三維形狀特征，能夠在三維點云模型中看出被掃描物體的位置，大小，形狀信息。但缺乏被掃描物體的顏色信息，這樣就缺少了被掃描物體的紋理，不能很好的表述被掃描物體的細節(jié)。找到一種方法能夠自動快速的處理照片和點云之間的關系，并將照片中被掃描物體與三維立體模型進行融合，賦予被掃描物體的模型以原本的顏色，得到真彩色的立體模型很有必要。
[0004]三維激光成像系統(tǒng)形成的激光點云為三維激光點云，目前還沒有進行真彩色處理的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明解決的技術問題是:克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種三維激光成像系統(tǒng)的點云模型真彩色處理方法，不僅能夠獲得物體表面位置大小信息，而且能夠得到物體本身的顏色信息，從而清楚的得到被掃描物體的細節(jié)和紋理。
[0006]本發(fā)明的技術解決方案是:一種三維激光成像系統(tǒng)的點云模型真彩色處理方法，采用相片與點云結合的方法，步驟如下:
[0007](I)獲得慣組中心在地球坐標系下的導航時間T、導航極坐標位置信息U，φ, h)和導航姿態(tài)信息(Y, Θ, HO、點云極坐標信息認,死,/U和照片，其中U，爐，h).分別表示慣
組中心在地球坐標系下的經(jīng)度、緯度和高度，，朽，分別表示點云在地球坐標系下的經(jīng)
度、緯度和高度，(Y ’ θ , ψ)分別表示慣組中心的俯仰角、方位角和橫滾角；
[0008](2)根據(jù)照片拍攝的時間Ti計算得到該照片拍攝時刻慣組中心在地球坐標系下的
極坐標位置信息認和姿態(tài)信息Ui, θ?; Vi)，其中μ,μΛ)分別表示照片拍攝時刻慣組中心在地球坐標系下的經(jīng)度、緯度和高度，(Yi, θ” Vi)分別表示照片拍攝時刻慣組中心的俯仰角、方位角和橫滾角；
[0009](3)根據(jù)慣組中心在地球坐標系下的極坐標位置信息(A,(Pi，K)得到地球坐標系到東北天坐標系的轉換矩陣C〗 ，根據(jù)慣組中心在地球坐標系下的姿態(tài)信息(Yi，θ” Vi)得到東北天坐標系到載體坐標系的轉換矩陣Cf ；
[0010](4)將慣組中心在地球坐標系下的極坐標位置信息(Λ肩為)和步驟(1)獲得的點云極坐標信肩W死，<)分別轉換為慣組中心在地球坐標系下的直角坐標位置(Xi，yi，zi)
和點云極坐標信息在地球坐標系下的直角坐標位置(Χε，ye, Ze)，利用慣組中心在地球坐標系下的直角坐標位置(Xi，yi，Zi)和點云極坐標信息在地球坐標系下的直角坐標位置(xe, ye, ze)計算地球坐標系下慣組中心點到點云的矢量利用轉換矩陣C/將矢量re從地
球坐標系轉換為東北天坐標系下的矢量rn，再利用轉換矩陣Ci將矢量rn從東北天坐標系
轉換為載體坐標系下的矢量r' b，再根據(jù)矢量r' )3和慣組中心位置到相機焦點在載體坐標系下的矢量rb計算得到相機焦點到點云在載體坐標系下的矢量r/ ,再將矢量r/從載體坐標系轉換為相機直角坐標系下的矢量rp，計算矢量rp在相機直角坐標系下的極坐標
(AWr)，其中Rp表示距離，θρ表示方位角，&表示俯仰角；
[0011](5)計算每一個感光片的長度I和寬度k;
[0012](6)根據(jù)點云中每一點的方位角Θ0Ρ俯仰角％以及感光片的長度1、寬度k和照片焦距f計算出對應角度下每一點在CXD坐標系中的位置，并根據(jù)每一點在CXD坐標系中的位置計算每一點在照片坐標系中的像素位置，把該像素下的RGB值賦予對應的每一點在地球坐標系下的極坐標位置，從而完成點云模型真彩色處理。
[0013]所述步驟(2)的實現(xiàn)方法為:
[0014]根據(jù)導航時間信息T，計算照片拍攝時間Ti所在的導航區(qū)間s，S=HooHT1-T(I))/ΔΤ+1, AT為慣組采樣周期，根據(jù)導航區(qū)間s計算出慣組中心在地球坐標系下的極坐標位
置信息(>?Λ_)和姿態(tài)信息(Yi, θ ?, Ψ?)，計算方法為:
[0015]
【權利要求】
1.一種三維激光成像系統(tǒng)的點云模型真彩色處理方法，其特征在于采用相片與點云結合的方法，步驟如下: (1)獲得慣組中心在地球坐標系下的導航時間T、導航極坐標位置信息U，Ψ,h)和導航姿態(tài)信息(Y, θ, ψ)、點云極坐標信息(人，死，\)和照片，其中U，弘h)分別表示慣組中心在地球坐標系下的經(jīng)度、緯度和高度，(Κ,ψΛ)分別表示點云在地球坐標系下的經(jīng)度、緯度和高度，(Y ’ θ , Ψ)分別表示慣組中心的俯仰角、方位角和橫滾角； (2)根據(jù)照片拍攝的時間Ti計算得到該照片拍攝時刻慣組中心在地球坐標系下的極坐標位置信息(4的Λ)和姿態(tài)信息(Yi, Θ” Vi)，其中(Λ肩Λ)分別表示照片拍攝時刻慣組中心在地球坐標系下的經(jīng)度、緯度和高度，(Yi, Qi, Ψ?)分別表示照片拍攝時刻慣組中心的俯仰角、方位角和橫滾角； (3)根據(jù)慣組中心在地球坐標系下的極坐標位置信息(七只名)得到地球坐標系到東北天坐標系的轉換矩陣(根據(jù)慣組中心在地球坐標系下的姿態(tài)信息(Y i，θ i，Vi)得到東北天坐標系到載體坐標系的轉換矩陣Ct ? (4)將慣組中心在地球坐標系下的極坐標位置信息認肩Λ)和步驟(1)獲得的點云極坐標信息(冬死A)分別轉換為慣組中心在地球坐標系下的直角坐標位置(Xi，Ii, Z1)和點云極坐標信息在地球坐標系下的直角坐標位置(Χε，ye, Ζε)，利用慣組中心在地球坐標系下的直角坐標位置(Xi，yi，Zi)和點云極坐標信息在地球坐標系下的直角坐標位置(H，ze)計算地球坐標系下慣組中心點到點云的矢量利用轉換矩陣將矢量匕從地球坐標系轉換為東北天坐標系下的矢量rn，再利用轉換矩陣Ct將矢量rn從東北天坐標系轉換為載體`坐標系下的矢量r' b，再根據(jù)矢量r' b和慣組+心位置到相機焦點在載體坐標系下的矢量rb計算得到相機焦點到點云在載體坐標系下的矢量r/ ,再將矢量r/從載體坐標系轉換為相機直角坐標系下的矢量rp，計算矢量rp在相機直角坐標系下的極坐標(義，&，％)，其中Rp表示距離，θ p表示方位角，仏表示俯仰角； (5)計算每一個感光片的長度I和寬度k; (6)根據(jù)點云中每一點的方位角俯仰角&以及感光片的長度1、寬度k和照片焦距f計算出對應角度下每一點在CXD坐標系中的位置，并根據(jù)每一點在CXD坐標系中的位置計算每一點在照片坐標系中的像素位置，把該像素下的RGB值賦予對應的每一點在地球坐標系下的極坐標位置，從而完成點云模型真彩色處理。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種三維激光成像系統(tǒng)的點云模型真彩色處理方法，其特征在于:所述步驟(2)的實現(xiàn)方法為: 根據(jù)導航時間信息T，計算照片拍攝時間Ti所在的導航區(qū)間s，S=Hoor(T1-Td))/ΔΤ+1, AT為慣組采樣周期，根據(jù)導航區(qū)間s計算出慣組中心在地球坐標系下的極坐標位置信息(Λ^Λ_)和姿態(tài)信息(Yi, θ i, Vi),計算方法為:
Ai=A (8) + (λ (s+D-λ (S)VATMT1-T(S))；
3.根據(jù)權利要求1所述的一種三維激光成像系統(tǒng)的點云模型真彩色處理方法，其特征在于:所述步驟(3)根據(jù)慣組中心在地球坐標系下的極坐標位置信息得到地球坐標系到東北天坐標系的轉換矩陣的方法為:
4.根據(jù)權利要求1所述的一種三維激光成像系統(tǒng)的點云模型真彩色處理方法，其特征在于:所述步驟(4)將慣組中心在地球坐標系下的極坐標位置信息(為,％/?,.)和獲得的點云極坐標信息(々,奶.Λ.)分別轉換為慣組中心在地球坐標系下的直角坐標位置O^yiJi)和點云極坐標信息在地球坐標系下的直角坐標位置(xe，ye，ze)的方法為:
5.根據(jù)權利要求1所述的一種三維激光成像系統(tǒng)的點云模型真彩色處理方法，其特征在于:所述步驟(5)的實現(xiàn)方法為:每一個感光片的長和寬由公式k=A/m，l=B/n計算得到，其中m為像素縱向個數(shù)，η為像素橫向個數(shù)，A為相機CCD寬，B為相機CCD長。
6.根據(jù)權利要求1或5所述的一種三維激光成像系統(tǒng)的點云模型真彩色處理方法，其特征在于:所述步驟(6)的實現(xiàn)方法為: (1)每一點在CCD坐標系中的位置的計算公式為xb' =-ftan θ p,
【文檔編號】G06T5/00GK103679647SQ201310557041
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年11月11日 優(yōu)先權日:2013年11月11日
【發(fā)明者】魏宗康, 趙龍, 夏剛, 劉生炳, 于蘭萍, 魏子寅 申請人:北京航天控制儀器研究所