本發(fā)明涉及地面三維激光掃描和逆向三維建模技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及具有顏色信息的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)勻光勻色方法。

背景技術(shù)：

地面三維激光掃描技術(shù)和近景攝影測(cè)量技術(shù)的發(fā)展，使得地面三維激光掃描所得到的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)可以獲得掃描目標(biāo)在該點(diǎn)上的顏色信息，進(jìn)而為逆向三維建模生成精細(xì)仿真的紋理創(chuàng)造條件。但是在地面三維激光掃描的過(guò)程中，需要對(duì)目標(biāo)進(jìn)行多角度、多測(cè)站的掃描，色彩信息獲取容易受到光照、周?chē)矬w陰影遮擋等影響，造成同一目標(biāo)不同測(cè)站點(diǎn)云顏色的強(qiáng)度和飽和度等不一致，會(huì)引起相鄰測(cè)站點(diǎn)云交匯處紋理色彩不協(xié)調(diào)，影響彩色模型的整體效果。在紋理生成前，對(duì)異站點(diǎn)云色彩進(jìn)行勻光勻色處理，使其顏色協(xié)調(diào)一致。

目前常用的勻光勻色方法多是針對(duì)二維圖像，對(duì)于三維點(diǎn)云，傳統(tǒng)二維勻光勻色方法并沒(méi)有很好的適用性。對(duì)于海量具有顏色信息的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，如何避免傳統(tǒng)勻光勻色方法的缺陷，并自動(dòng)、快速的進(jìn)行計(jì)算，是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)地面激光掃描數(shù)據(jù)勻光勻色的關(guān)鍵。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了解決地面三維激光掃描和逆向三維建模技術(shù)領(lǐng)域中具有顏色信息的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)自動(dòng)、快速勻光勻色問(wèn)題。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案步驟如下：

(1)點(diǎn)云數(shù)據(jù)配準(zhǔn)。從具有相同掃描部分的相鄰地面激光掃描點(diǎn)云數(shù)據(jù)中選取特征點(diǎn)、特征線和特征面，其相同的特征作為同名特征，通過(guò)匹配同名特征點(diǎn)、特征線和特征面計(jì)算出點(diǎn)云的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)，并根據(jù)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)，計(jì)算點(diǎn)云新的坐標(biāo)，使各站點(diǎn)云獨(dú)立坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到統(tǒng)一的坐標(biāo)系下。

(2)同名點(diǎn)提取。提取配準(zhǔn)后的相鄰兩站點(diǎn)云的共有部分，選取兩站點(diǎn)云中較小的點(diǎn)間距的1/2作為閾值，遍歷計(jì)算一站點(diǎn)云共有部分中所有點(diǎn)到另一站點(diǎn)云共有部分中的所有點(diǎn)的距離，將小于閾值的點(diǎn)對(duì)作為同名點(diǎn)進(jìn)行保留。

(3)同名點(diǎn)驗(yàn)核。先將同名點(diǎn)的紅、綠、藍(lán)三色分量值作為XYZ空間中的X、Y、Z分量值，采用坐標(biāo)轉(zhuǎn)換七參數(shù)計(jì)算模型，根據(jù)同名點(diǎn)的各分量值計(jì)算出兩站點(diǎn)云的顏色轉(zhuǎn)換參數(shù)，然后回代計(jì)算出各個(gè)同名點(diǎn)轉(zhuǎn)換后的三色分量值，求出各點(diǎn)殘差，并統(tǒng)計(jì)中誤差，按照一定的閾值剔除可疑同名點(diǎn)，并迭代此過(guò)程，直到中誤差符合誤差要求，結(jié)束該迭代。

(4)色彩轉(zhuǎn)換參數(shù)計(jì)算。采用步驟(3)中的合格同名點(diǎn)，通過(guò)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換七參數(shù)計(jì)算模型，解算出相鄰測(cè)站的色彩轉(zhuǎn)換參數(shù)。

(5)點(diǎn)云勻光勻色。分別計(jì)算兩站點(diǎn)云顏色強(qiáng)度值的平均值與128差值較小，且顏色強(qiáng)度方差較大的點(diǎn)云作為基準(zhǔn)站，然后基于色彩轉(zhuǎn)換參數(shù)，對(duì)另一站站點(diǎn)云進(jìn)行逐點(diǎn)的紅、綠、藍(lán)三色分量計(jì)算，得到轉(zhuǎn)換后的新點(diǎn)云色彩。

該方法可以高效、批量的對(duì)多站具有顏色信息的地面三維激光掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行勻光勻色，為逆向三維建模中的紋理生成提供優(yōu)質(zhì)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，在地面三維激光掃描和逆向三維建模技術(shù)領(lǐng)域能發(fā)揮很大作用。

附圖說(shuō)明

圖1是相鄰測(cè)站原始效果圖；

圖2是勻光勻色后效果圖。

圖3是完整計(jì)算流程圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明主要針對(duì)多站具有顏色信息的地面三維激光掃描點(diǎn)云數(shù)據(jù)存在的由于周?chē)h(huán)境引起的相鄰測(cè)站點(diǎn)云顏色差異，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)、快速、合理的勻光勻色，最終消除相鄰測(cè)站點(diǎn)云色彩差異。本發(fā)明首先基于相鄰測(cè)站的公共區(qū)域根據(jù)閾值選取同名點(diǎn)。然后基于坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的概念，將點(diǎn)云的紅、綠、藍(lán)三個(gè)顏色分量作為空間中的三個(gè)方向向量，計(jì)算相鄰測(cè)站的色彩轉(zhuǎn)換參數(shù)。接著統(tǒng)計(jì)參數(shù)回代后各同名點(diǎn)的中誤差，對(duì)可疑同名點(diǎn)進(jìn)行過(guò)濾。最后通過(guò)合格同名點(diǎn)計(jì)算所得到的色彩轉(zhuǎn)換參數(shù)，對(duì)測(cè)站所有點(diǎn)云進(jìn)行勻光勻色。該方法可以高效、批量的對(duì)多站具有顏色信息的地面三維激光掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行勻光勻色，為逆向三維建模中的紋理生成提供優(yōu)質(zhì)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，在地面三維激光掃描和逆向三維建模技術(shù)領(lǐng)域能發(fā)揮很大作用，并獲得很好的經(jīng)濟(jì)效益。

下面結(jié)合附圖和實(shí)例，對(duì)本發(fā)明實(shí)施步驟詳細(xì)說(shuō)明如下：

如附圖1，圖中為兩組相鄰具有重疊區(qū)域的地面激光掃描點(diǎn)云數(shù)據(jù)，需要將圖中測(cè)站2進(jìn)行勻光勻色。

(1)測(cè)站1右側(cè)與測(cè)站2左側(cè)為重疊區(qū)域，從重疊區(qū)域中選取特征點(diǎn)、特征線和特征面，通過(guò)匹配重疊區(qū)域中的同名特征點(diǎn)、特征線和特征面計(jì)算出兩組點(diǎn)云數(shù)據(jù)的X、Y、Z三個(gè)坐標(biāo)分量的旋轉(zhuǎn)參數(shù)ω_X,ω_Y,ω_Z和平移參數(shù)ΔX,ΔY,ΔZ，并根據(jù)坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)參數(shù)和平移參數(shù)，計(jì)算測(cè)站2點(diǎn)云新的坐標(biāo)，使測(cè)站2點(diǎn)云坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到測(cè)站1點(diǎn)云的坐標(biāo)系下。

(2)提取配準(zhǔn)后的測(cè)站1與測(cè)站2兩站點(diǎn)云的重疊部分，由于測(cè)站1的點(diǎn)間距小于測(cè)站2的點(diǎn)間距，所以選取測(cè)站1的點(diǎn)間距的1/2作為篩選閾值，遍歷計(jì)算測(cè)站1重疊部分中的所有點(diǎn)到測(cè)站2重疊部分的所有點(diǎn)，距離小于篩選閾值的點(diǎn)對(duì)作為同名點(diǎn)保留。

(3)參與參數(shù)計(jì)算的同名點(diǎn)可能因光線或環(huán)境原因?qū)е骂伾c真實(shí)顏色相差較大，所以需要進(jìn)行過(guò)濾與篩選。首先將所有的同名點(diǎn)的紅、綠、藍(lán)三色分量值帶入公式

其中R'、G'、B'為測(cè)站1某一同名點(diǎn)的顏色觀測(cè)分量值，R"、G"、B"為測(cè)站2對(duì)應(yīng)同名點(diǎn)的顏色觀測(cè)分量值，ω_R,ω_G,ω_B為兩RGB坐標(biāo)系間的旋轉(zhuǎn)系數(shù)，k為拉伸系數(shù)，ΔR,ΔG,ΔB為強(qiáng)度補(bǔ)償系數(shù)，再聯(lián)立誤差方程，基于最小二乘法解算出以上轉(zhuǎn)換參數(shù)。再基于該參數(shù)，計(jì)算出轉(zhuǎn)換后的測(cè)站2同名點(diǎn)與測(cè)站1同名點(diǎn)在紅、綠、藍(lán)三個(gè)顏色分量上的差值。統(tǒng)計(jì)其中的誤差，將兩倍的中誤差作為篩選可疑同名點(diǎn)的依據(jù)，剔除可疑同名點(diǎn)，再重復(fù)本步驟直至達(dá)到要求。

(4)基于合格的同名點(diǎn)，通過(guò)步驟(3)中的轉(zhuǎn)換公式(1)，解算出測(cè)站2與測(cè)站1的色彩轉(zhuǎn)換參數(shù)ω_R,ω_G,ω_B，k，ΔR,ΔG,ΔB。

(5)測(cè)站1的顏色強(qiáng)度平均值更為接近128，且顏色強(qiáng)度的方差更大，所以選擇測(cè)站1作為基準(zhǔn)站，然后基于色彩轉(zhuǎn)換參數(shù)ω_R,ω_G,ω_B，k，ΔR,ΔG,ΔB，采用步驟(3)中的轉(zhuǎn)換公式(1)，對(duì)測(cè)站2內(nèi)的所有點(diǎn)紅、綠、藍(lán)三個(gè)顏色分量進(jìn)行計(jì)算，得到轉(zhuǎn)換后的新色彩，實(shí)現(xiàn)勻光勻色。

轉(zhuǎn)換結(jié)果如附圖2所示。

對(duì)應(yīng)的流程圖如附圖3所示。