一种基于建筑物轮廓约束的航空与地面LiDAR数据自动配准方法

摘要

一种基于建筑物轮廓约束的航空与地面LiDAR数据自动配准方法：首先分别从航空、地面LiDAR数据中提取建筑物轮廓，简称航空轮廓、地面轮廓；再从航空轮廓、地面轮廓中提取出建筑物角点，简称航空角点、地面角点；然后以航空轮廓与地面轮廓间的匹配度为约束，计算航空角点与地面角点之间初始转换矩阵，并获取初始匹配角点对；最后使用ICP算法计算初始匹配角点对之间的修正转换矩阵，并用初始转换矩阵和修正转换矩阵依次对待匹配地面点云数据进行转换，实现航空与地面LiDAR数据的自动高精度配准。本发明使用轮廓线做约束，在配准的可靠性与精确性方面都有很大的优势；同时，本发明仅从待匹配LiDAR数据与基准LiDAR数据出发，无需借助其他辅助数据便可实现两者之间的精确配准。

主权项

一种基于建筑物轮廓约束的航空与地面LiDAR数据自动配准方法，包括以下步骤：第一步、提取建筑物轮廓——从航空LiDAR数据中提取建筑物轮廓，称为航空轮廓；从地面LiDAR数据中提取建筑物轮廓，称为地面轮廓；第二步、提取建筑物角点——从航空轮廓中提取建筑物角点，称为航空角点；从地面轮廓中提取建筑物角点，称为地面角点；第三步、寻找轮廓线段约束下的初始转换矩阵——使用航空角点与地面角点迭代计算转换矩阵，用该转换矩阵对地面轮廓进行转换，并使用航空轮廓与转换后地面轮廓的匹配度作为控制约束条件，当航空轮廓与转换后地面轮廓之间成功匹配的线段对数满足给定阈值时停止迭代，相应的转换矩阵即为初始转换矩阵；第四步、获得初始匹配角点对——使用第三步获得的初始转换矩阵对地面角点进行转换，根据空间距离寻找航空角点中与其配对的角点，得到初始匹配角点对；第五步、寻找修正转换矩阵——以初始匹配角点对为源数据，寻找两者间的修正转换矩阵，保证经该修正转换矩阵配准后，两者的均方根误差小于预设的极限值ε，极限值ε的取值范围为0.25‑0.35；第六步、LiDAR数据配准——使用初始转换矩阵与修正转换矩阵依次对地面LiDAR数据进行转换，得到最终配准结果。