一种生成激光彩色云图的方法技术

一种生成激光彩色云图的方法，在待测场景中设有多个目标点，包括以下步骤：Ｓ１０，将线阵相机和激光扫描仪进行刚性平行绑定，以使二者的扫描面平行，且该等扫描面垂直于相机前节点与激光扫描仪中心的连线；Ｓ２０，令线阵相机和激光扫描仪进行同步扫描；Ｓ３０，建立同名目标点的激光扫描角与其在线阵影像上的像元序号间的对应关系——颜色查找表；Ｓ４０，根据颜色查找表与激光扫描仪和线阵相机的扫描时间差建立激光点云中的每个激光点与其ＲＧＢ信息对应的关系。本发明专利技术使得点云与影像的融合由现有技术中的三维融合变为极坐标一维融合减小运算量的同时又极大的提高了建模精度，一举多得。能够极大地降低城市三维建模的时间成本和经济成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种生成激光彩色云图的方法，更确切地说是通过激光扫描和线阵相机来生成激光彩色云图，以用于彩色三维影像重建等。本专利技术可应用于航天/航空遥感与摄影测量和机载/车载移动测量/空间信息服务等领域。
技术介绍
目前的三维目标重建技术主要涉及三维目标的轮廓确定和纹理填充两方面。其主要技术途径有两条：一是通过图片影像数据，利用复杂的大规模计算来进行三维建模；二是先通过高精度的激光扫描等手段获取轮廓数据，再通过摄像装置获取物体表面的色彩信息；最后通过数据融合的方式，将色彩信息与轮廓数据进行匹配，形成纹理贴图。三维城市建模中采用的方法多是第一条途径。以近景照片为基础，利用三维建模软件，用重建的方式对建筑物建模。在建筑物高程获取方面，一般根据建筑物层高人工估算，或者利用全站仪等测量手段逐点测量。这种建模方法不仅效率低，而且精度不高，很难获取建筑物真实空间信息，这些模型可用来三维漫游展示，但无法基于这些模型进行空间运算、测量，这已成为城市空间信息应用的一个瓶颈。而第二条途径，由于轮廓信息和摄像装置是分别独立工作的，其中数据融合的过程涉及图像的边缘提取、轮廓识别，对象匹配等大量的图像处理过程，且受算法的影响，融合的精度也很难控制。例如，申请号CN02116507.6，名为“计算机视觉三维彩色扫描系统及其扫描方式”的中国专利技术专利即公开了一种计算机视觉三维立体彩色扫描系统，该系统采用普通光进行扫描和目标物体的三维模型轮廓的识别，利用目标物体的外型轮廓构型，进行三维模型的重建，将摄像装置拍摄到的每张图片基于系统坐标系进行叠加，生成物体基本的外型，即生成三维模型。在轮廓识别的同时，通过摄像装置获取物体表面的色彩信息，即得到被扫描物体的三维纹理贴图。两者合成，即形成了初步的三维彩色模型。利用激光成像技术，利用三角测距的原理，获取物体表面测量点的准确坐标值，由此生成大量的三维几何数据。将普通光扫描和激光扫描生成的数据自动迭加复合，在不同位置扫描出来的数据进行计算机自动迭加，从而得到准确完善的三维数据。此方法反映了现有技术在将激光扫描获得的空间位置信息与摄像机拍摄的物体色彩信息进行融合时的典型思路——将扫描或拍摄各自独立完成，并分别将获得的数据(点云或依此重建的三维结构模型和照片图像)作为单独的整体，最后进行对象的识别和匹配来填充纹理。对于某个对象而言，摄像机和激光扫描仪各自获取数据的角度和比例等均不相同，其匹配涉及标定、匹配、平移、缩放、旋转等大量的图像数据处理。再比如，申请号为CN200910115564.9，申请日为2009年06月19日的，名为“基于激光和摄像机数据融合的三维重建方法”的中国专利技术专利即公开了一种基于激光和摄像机数据融合的三维重建方法。该重建方法为：采用C++语言编写的基于雷达原理激光数据自动采集平台；获取摄像机坐标系与激光器坐标系之间的旋转矩阵R和平移向量T；利用光流-->场区域合并算法将运动目标提取分割出来，进而将运动目标对应的点云分割出来；为图像的三维纹理映射提供了点云与图像纹理在精确定位上的保证，从而实现基于数据融合的三维重建系统。此方法比上一方法有所改进，但是仍必须要进行激光和CCD的外部标定，并且要涉及提取和分割复杂环境中目标的有效点云，由于采用的CCD是进行平面二维图像的摄取，其本质上仍属于激光数据和CCD二维影像数据分立采集，再进行数据融合的方法。综上，现有的三维建模方法由于数据获取手段和数据处理方法的限制，难以满足大规模城市建模的需求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提供能一种快速准确地进行三维重建的方法，解决现有技术中三维重建过程中精度不高和建模速度慢，数据量大的问题。更具体而言，本专利技术意在提供一种基于激光扫描和CCD成像相结合的三维重建方法，以能够在图像的三维位置信息和色彩信息之间建立快速准确的对应，从而减少纹理匹配的计算量，甚至是能够实现纹理自动匹配。并且，能够在一定程度上避免CCD相机的外部参数的标定。从而，使彩色三维建模能够在高精度、快速，数据量和计算量小的前提下完成。这将使本专利技术特别适于城市三维建模，特别是考虑到本专利技术的方法是基于实测激光实测位置信息的“真三维”城市建模，与基于二维图像信息的三维重建相比有着无可比拟的优势，不但体现了在三维建模思想和技术上的进步，还必然会带来巨大的经济利益和对地理信息系统的建设和城市数字化进程起到极大的推动作用。为此，本专利技术的核心思路是选择与激光扫描仪相似的线扫描CCD相机而非现有技术中所普遍使用的平面CCD相机来取纹理信息。同时利用线阵相机的高精度的特点，使激光扫描的点云能够被赋予线阵相机采集的RGB彩色值，通过点云与RGB颜色值的映射，实现激光点云的几何特征数据和来自CCD的纹理信息的自动融合，生成激光彩色云图，进而实现真实感建筑物模型的快速重建。并且利用激光扫描仪和线阵CCD相机均是线扫描的特点，通过前期的物理手段保证激光的扫描线与线阵相机的扫描线平行，建立点云和像元之间的简单映射关系。具体而言，本专利技术的生成激光彩色云图的方法包括以下步骤：S10，将线阵相机和激光扫描仪进行刚性平行绑定，以使二者的扫描面平行，且该等扫描面垂直于相机前节点与激光扫描仪中心的连线；S20，令线阵相机和激光扫描仪进行同步扫描；S30，建立同名目标点的激光扫描角与其在线阵影像上的像元序号间的对应关系——颜色查找表；S40，根据颜色查找表与激光扫描仪和线阵相机的扫描时间差建立激光点云中的每个激光点与其RGB信息对应的关系。其中，步骤S1中，将线阵相机和激光扫描仪进行刚性平行绑定是包括以下步骤：S11，将线阵相机的前节点和激光扫描仪的中心对齐；S12，调整激光扫描仪和相机的夹角，使二者的“成像线”平行；S13，调整激光扫描仪和相机的张角，使二者的“成像线”之间的距离恒定；S14，将调节好的线阵相机和激光扫描仪进行刚性绑定。较佳地，所述步骤S10中，是将线阵相机通过带有三个调节螺母的双层过渡板，平行安装在激光扫描仪顶点的正上方，并在所述调节螺母直间设有塞尺，通过调节塞尺进行-->二者的平行调节。根据本专利技术的一实施例，调整激光扫描仪和相机的夹角的方法为：令激光扫描仪和相机以速度V同步匀速移动，对设置于环状墙面的多个目标点进行成像；分别计算激光扫描线和相机扫描线经过目标点中的点point1和点point2的时间差ΔtL、ΔtC，则需要调整的塞尺距离为：ds×ΔRi，其中，ΔRi＝α-β，α＝ΔtL×V/d，β＝ΔtC×V/d，d是点point1和点point2的直线距离。根据本专利技术的一实施例，调整激光扫描仪和相机的张角的方法为：令激光扫描仪和相机以速度V同步匀速移动，对设置于墙面的多个目标点进行成像；求出标志点连线的中垂线到投影中心的垂距L，然后获取每个标志点对应的激光扫描仪的高程Zci和相机高程Zji，所述高程为二者在对标志点采样时距离起点的距离，两个高程相减再减相机前节点与激光扫描仪顶点的距离h(以170mm为例)得到对应每个标志点的调整分量vi，需调整的厚度＝2×ds×μ，其中，ds为塞尺厚度；N是图像中标志点个数。其中，所述刚性绑定是用机械的方式将激光扫描仪的扫描面和线阵相机固定在一起，令其不能相对运动；或者用机械/电子的方式对激光扫描仪和线本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种生成激光彩色云图的方法，在待测场景中设有多个目标点，其特征在于，包括以下步骤：Ｓ１０，将线阵相机和激光扫描仪进行刚性平行绑定，以使二者的扫描面平行，且该等扫描面垂直于相机前节点与激光扫描仪中心的连线；Ｓ２０，令线阵相机和激光扫描仪进行同步扫描；Ｓ３０，建立同名目标点的激光扫描角与其在线阵影像上的像元序号间的对应关系－－颜色查找表；Ｓ４０，根据颜色查找表与激光扫描仪和线阵相机的扫描时间差建立激光点云中的每个激光点与其ＲＧＢ信息对应的关系。

【技术特征摘要】
1.一种生成激光彩色云图的方法，在待测场景中设有多个目标点，其特征在于，包括以下步骤：S10，将线阵相机和激光扫描仪进行刚性平行绑定，以使二者的扫描面平行，且该等扫描面垂直于相机前节点与激光扫描仪中心的连线；S20，令线阵相机和激光扫描仪进行同步扫描；S30，建立同名目标点的激光扫描角与其在线阵影像上的像元序号间的对应关系——颜色查找表；S40，根据颜色查找表与激光扫描仪和线阵相机的扫描时间差建立激光点云中的每个激光点与其RGB信息对应的关系。2.根据权利要求1所述的生成激光彩色云图的方法，其特征在于，所述步骤S1中，将线阵相机和激光扫描仪进行刚性平行绑定是包括以下步骤：S11，将线阵相机的前节点和激光扫描仪的中心对齐；S12，调整激光扫描仪和相机的夹角，使二者的“成像线”平行；S13，调整激光扫描仪和相机的张角，使二者的“成像线”之间的距离恒定；S14，将调节好的线阵相机和激光扫描仪进行刚性绑定。3.根据权利要求1所述的生成激光彩色云图的方法，其特征在于，所述步骤S10中，是将线阵相机通过带有三个调节螺母的双层过渡板，平行安装在激光扫描仪顶点的正上方，并在所述调节螺母直间设有塞尺，通过调节塞尺进行二者的平行调节。4.根据权利要求3所述的生成激光彩色云图的方法，其特征在于，调整激光扫描仪和相机的夹角的方法为：令激光扫描仪和相机以速度V同步匀速移动，对设置于环状墙面的多个目标点进行成像；分别计算激光扫描线和相机扫描线经过目标点中的点point1和点point2的时间差ΔtL、ΔtC，则需要调整的塞尺距离为：ds×ΔRi，其中，ΔRi＝α-β，α＝ΔtL×V/d，β＝ΔtC×V/d，d是点point1和点point2的直线距离。5.根据权利要求3所述的生成激光彩色云图的方法，其特征在于，调整激光扫描仪和相机的张角的方法为：令激光扫描仪和相机以速度V同步匀...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟若飞，宫辉力，王留召，刘先林，
申请(专利权)人：首都师范大学，
类型：发明
国别省市：11