一種車載激光移動測量系統彩色點云生產方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種車載激光移動測量系統彩色點云生產方法，屬于攝影測量和三維 激光技術領域。
【背景技術】
[0002] 車載激光移動測量系統由定位定姿系統（POS)、三維激光掃描儀與全景相機、工控 計算機系統以及車輛載體組成。在移動數據采集過程中，POS系統獲取移動測量系統的高 頻率高精度姿態參數，激光掃描儀獲取掃描對象的精確三維坐標，全景相機獲取采集對象 的紋理信息，采用時間空間對齊原理，將采集的多傳感器數據進行融合，為數字城市三維建 模、大比例尺制圖等基礎數據建設提供快速、準確的支持。
[0003]車載激光移動測量系統彩色點云的生成，首先需要將點云數據與全景影像數據進 行配準，然后根據共線方程原理，將全景影像上的紋理信息即圖片像素的RGB值賦給三維 點，從而使得點云獲得顏色信息，生成彩色點云。但是，由于不同傳感器之間存在著時間或 者空間上的誤差，全景相機安裝在載車平臺上進行拍照時產生的遮擋問題，以及車載激光 掃描獲取建筑物等地物結構不完整等問題，如果彩色點云直接采用簡單的幾何關系去自動 配準，而不考慮實際采集過程中各種問題，則會導致生成彩色點云效果不夠理想。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的是為了解決現有技術存在的不足及面臨的問題，而提供一種基于車 載移動測量系統的數據采集的原理及特點的方法，高效的、流程化生產彩色點云數據，解決 傳感器之間的集成誤差、全景相機拍照遮擋、掃描點云結構不完整等導致的點云著色不準 確問題。
[0005] 為實現上述目的，本發明所采用的技術方案是：提出一種基于車載激光測量系統 數據采集特點及原理的彩色點云生產方法。首先，使用車載三維激光測量系統進行采集數 據，采集數據過程在車輛行駛中進行，三維激光掃描儀用于獲取點云數據，GPS導航儀與慣 性制導系統構成的POS系統用于獲取姿態位置信息；定義車載三維激光測量系統中的POS 系統中心點為坐標系原點，車輛行駛的方向為Y軸正方向，垂直向上的方向為Z軸正方向， 構建載體三維空間坐標系，再按如下步驟操作：
[0006] 步驟1、在全景影像以及點云數據中選擇多對同名特征點，計算出全景相機與POS 系統之間精確相對位置及姿態，獲取全景相機在載體坐標系下的位置（XPan。，YPan。，ZpaJ及 姿態（Yawp咖，Pitchp咖，RollpaJ;
[0007] 步驟2、根據全景相機在載體坐標系下的位置和姿態參數，以及單張全景影像采 集時刻的載體的位置姿態參數（廣），計算單張全景影像 在絕對坐標系下的位置和姿態，然后計算兩幀全景影像之間的空間距離值L，設定進行自動 著色時的單幀著色范圍。對點云進行分段，獲取每一段點云PointClouc^t應的全景影像 PanoiO
[0008] 步驟3、根據點云數據？〇;[111:(：1011(^與全景影像數據Panoi的匹配關系，使用全景 影像對點云逐段進行自動著色；
[0009] 步驟4、將點云數據與全景影像數據進行疊加顯示，檢查車輛轉彎路段及GPS信號 較差路段點云與全景配準情況，采用手動微調或者選點精確配準的方式，調整此時的全景 相機的位置及姿態參數，調整至精確配準狀態，著色當前幀全景影像所在區域；
[0010] 步驟5、檢查存在遮擋情況的建筑物地物著色情況，選擇當前著色偏差區域點云數 據，以及正確對應的全景影像，根據點云數據與全景影像的匹配關系，對選中的點云數據進 行著色。
[0011] 本發明方法步驟1中所述的在全景影像及點云數據上選取同名特征點，對應于在 每一張全景影像上選取時，應至少選擇3同名特征點，每一對同名特征點通過共線方程原 理可以列出2個方程，求解全景相機在載體坐標系下的位置姿態共6個參數。
[0012] 本發明的方法步驟2中所述根據全景相機在載體坐標系下的位置和姿態，以及單 幀全景影像采集時刻載體的位置和姿態，可以通過坐標轉換計算出單幀全景影像在絕對坐 標系下的位置和姿態。
[0013] 兩幀全景影像之間的空間距離L，通過每幀全景影像的位置信息可以計算出。點 云數據進行采集時，按照掃描圈進行存儲，根據距離L，對點云數據進行分段，分段的原則包 括：第一，每一段中點云數據PointCloudi所包含的所有相鄰圈之間的距離之和為L。第二， 對每一幀全景影像Panoi,滿足其對應的每一段點云數據PointCloudi中的三維坐標點在全 景影像上找到正確對應像素最多。
[0014] 本發明的方法步驟3中所述的將根據點云數據Point(：1〇11屯與全景影像數據 Panoi的匹配關系，計算出點云數據中點P在全景影像上的像素p，從而將像素P的RGB值賦 給點P，使得點P具有光譜信息值，使用全景影像對點云逐段進行自動著色，生成彩色點云。
[0015] 本發明的方法步驟4中所述的將點云數據與全景數據進行疊加顯示，點云數據和 全景數據具有統一的坐標參考，通過將觀察位置設定在全景影像采集時的全景相機中心所 在的位置，360度視角查看點云數據及全景數據，稱為全景視角，對比同名地物，判斷點云數 據與全景數據的匹配效果。在轉彎處或者GPS信號較差路段，會導致定位和姿態存在較大 誤差，從而影響點云全景的配準效果，此時可以通過采用方法步驟一中的同名特征點選取 或者在全景視角下手動微調修改此時的位置姿態參數，完成配準，然后根據微調修正后的 參數對當前幀全景影像對應的點云分段數據進行著色。
[0016] 本發明的方法步驟5中所述檢查存在遮擋情況的建筑物地物，在點云數據中對建 筑物上點P，其通過點云數據和所對應的全景影像的匹配關系，可以其在對應的全景影像上 的像素值為其他地物，導致著色偏差。通過選擇著色偏差的區域內的點云，然后在全景視角 下，查看相鄰幀全景影像，選擇無遮擋情況的全景影像，然后對選中的點云進行著色。
[0017] 本發明基于車載激光測量系統數據采集特點及原理進行彩色點云生產，外業數據 采集過程中，全景相機是按照時間間隔或者里程間隔去拍照，采樣頻率較低，拍照范圍水平 360度，垂直接近180度，采集的全景影像下部會將包括車輛載體，而在掃描頭采集的頻率 較高，獲取的點云數據中同樣區域采集的是路面的信息，存在著信息不一致問題，此外，GPS 信號較差及轉彎路段，會導POS系統的定位定姿存在較大誤差，也會影響點云數據和全景 影像的配準精度，基于上述問題，采用精確校正后的外參數，以及正確對應的點云數據和全 景影像，能夠快速流程化的實現彩色點云數據生產。
[0018] 本發明的方法與現有的技術相比具有如下優點：
[0019] 1、自動化程度較高。本發明的方法首先對全景相機外參數進行校正，后續分段后 自動根據點云數據和全景數據的配準關系逐段進行著色，后續檢查過程中，針對區域進行 修正和調整的工作較少，整體過程自動化程度較高。
[0020] 2、快速高效。本發明的方法相較于現有的直接著色配準方法，流程清晰，彩色點云 數據生產的質量和效率有顯著提升。
【附圖說明】
[0021] 圖1為本發明中車載激光移動測量系統彩色點云生產方法的操作流程圖。
[0022] 圖2為本發明中點云分段后與全景影像對應關系圖。
[0023] 圖3為本發明中點云著色示意圖。
[0024] 上述圖中：1_第i幀全景影像，2-第i點云分段，3-第i+i幀全景影像。
【具體實施方式】
[0025] 以下結合附圖和實施例對本發明作進一步詳述。
[0026] 實施例1 :本發明提出一種車載激光移動測量系統的彩色點云生產方法，其操作 步驟如圖1所示。具體的操作是：首先，使用車載三維激光測量系統進行采集數據，采集數 據過程在車輛行駛中進行，三維激光掃描儀用于獲取點云數據，GPS導航儀與慣性制導系統 構成的POS系統用于獲取姿態位置信息；定義車載三維激光測量系統中的POS系統中心點 為坐標系原點，車輛行駛的方向為Y軸正方向，垂直向上