面向可移动靶标球的机载LiDAR点云与影像联合配准方法

摘要

本发明为面向移动控制靶标球的机载LiDAR点云与影像自动配准方法及应用于该方法中的靶标球装置，以解决现有机载激光雷达与数码相机进行组合对地观测时激光点云与光谱影像的高精度配准问题。该方法包括有①、点云数据和影像采集；②、点云数据坐标解算；③、点云数据自动识别；④、拟合球面的球参数解算和顶点坐标确定；⑤、球体标识特征的影像识别和对中等步骤。该靶标球装置具有顶部标有标识特征的球体。本发明的配准方法能自动化地将球体表面点云与背景点云中分离出来，减少了传统区域网平差中的控制信息交互工作量，能明显地提高配准效率；并能保证点云、影像及控制点之间的配准精度。

主权项

一种面向可移动靶标球的机载LiDAR点云与影像联合配准方法，是通过在测区内已知地面控制点处设置上部为球体且球体顶点具有明显标识特征的靶标球装置，和采集该测区内物体的点云数据和影像，并经解算使所采集的点云数据、影像以及地面控制点之间进行一一对应、精确配准；其特征在于：它包括有以下步骤：①、测区内点云数据和影像采集：机载激光雷达系统对测区进行点云数据采集并上传、存储，同时，可见光数码相机对同一测区进行影像采集，上传生成影像片并存储；②、点云数据坐标解算：结合GPS/IMU和激光测距测时信息，对步骤①所采集的点云数据进行整体解算，以确定被摄影区域中地面物体点云数据的三维坐标，即三维点云数据；③、球体表面点云数据自动识别：对步骤②的三维点云数据进行分析选定球体表面处顶端点的点云数据，并在球体半径参数约束下，自动搜索球体表面区域的各点云数据，根据不共面的四点共球原理进行球参数解算和比较验证，并逐一进行迭代生长和自动识别，将球体表面的点云数据从背景点云数据中完整分离出来；④、拟合球面的球参数解算和顶点坐标确定：利用步骤③所分离出来的球体表面点云数据，通过球面拟合的最小二乘法解算拟合球面的球心和半径，并推导球面的顶点坐标；⑤、球体标识特征的影像识别和对中：对步骤①所采集的影像片通过手工交互方式进行初始特征点的选取，然后通过特征定位算子进行亚像素定位，从而确定球体顶部标识特征的影像点，该影像点与步骤④所确定的球面顶点坐标进行配准对中；⑥、基于控制点信息的影像区域网平差：对步骤⑤所对中的影像片采用光束法区域网平差方法，通过控制点约束解算影像片的外方位元素，从而达到点云数据、影像片及地面控制点之间的精确配准。