彩色點(diǎn)云系統(tǒng)及基于該系統(tǒng)的彩色點(diǎn)云生成方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供一種彩色點(diǎn)云系統(tǒng)及基于該系統(tǒng)的彩色點(diǎn)云生成方法，包括：激光掃描儀獲取激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)，數(shù)碼相機(jī)獲取全景影像，慣性測(cè)量單元和GPS獲取全景影像的位置姿態(tài)時(shí)間數(shù)據(jù)；匹配單元將所述位置姿態(tài)時(shí)間數(shù)據(jù)與所述激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)一一對(duì)應(yīng)，生成彩色點(diǎn)云數(shù)據(jù)。本發(fā)明中的彩色點(diǎn)云系統(tǒng)及基于該系統(tǒng)的彩色點(diǎn)云生成方法，通過(guò)將全景相機(jī)和激光掃描儀安裝在同一測(cè)量車(chē)上，根據(jù)全景影像和激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)，通過(guò)推導(dǎo)激光點(diǎn)云中各點(diǎn)與全景影像上像素的對(duì)應(yīng)關(guān)系，通過(guò)具體的算法，將像素的顏色賦給相應(yīng)的點(diǎn)，從而生成彩色點(diǎn)云數(shù)據(jù)，在可視化顯示、物體分類(lèi)、物體建模等方面具有很大的優(yōu)勢(shì)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】彩色點(diǎn)云系統(tǒng)及基于該系統(tǒng)的彩色點(diǎn)云生成方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種影像處理方法，尤其涉及一種彩色點(diǎn)云系統(tǒng)及基于該系統(tǒng)的彩色 點(diǎn)云生成方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 近年來(lái)，基于激光掃描傳感器、定位定姿傳感器和數(shù)碼影像傳感器集成的車(chē)載移 動(dòng)測(cè)繪系統(tǒng)研制取得了一定的成果。激光掃描儀能夠獲取密集的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，數(shù)碼相機(jī)能夠 獲取顏色紋理信息，激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)單獨(dú)不具有顏色信息，在后續(xù)的處理過(guò)程中不符合目視 解譯的習(xí)慣，而數(shù)碼影像不方便直接進(jìn)行量測(cè)，兩者結(jié)合可以更加精確而直觀的描述地物。 彩色點(diǎn)云是點(diǎn)云數(shù)據(jù)與影像數(shù)據(jù)融合的直觀產(chǎn)物，在可視化顯示、物體分類(lèi)、物體建模等方 面具有很大的優(yōu)勢(shì)。
[0003]目前國(guó)內(nèi)外已有一些學(xué)者對(duì)激光點(diǎn)云與數(shù)碼影像融合進(jìn)行了一定研究，根據(jù)數(shù)碼 影像的類(lèi)型不同，主要分為面陣CCD(Charge-coupledDevice,電荷稱(chēng)合元件）影像、線陣 CCD影像和全景影像與激光掃描儀融合。研究最多的是面陣CCD影像與激光點(diǎn)云的融合，針 對(duì)不同的數(shù)據(jù)特點(diǎn)，基于P〇S(PointofSales，銷(xiāo)售點(diǎn)終端）數(shù)據(jù)或者采用點(diǎn)云與影像特征 匹配等方法實(shí)現(xiàn)激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)與面陣CCD影像數(shù)據(jù)的配準(zhǔn)，然后利用共線方程融合生成彩 色點(diǎn)云。線陣CCD相機(jī)具有采集頻率高、視角寬等優(yōu)點(diǎn)，克服了面陣CCD相機(jī)不能及時(shí)存儲(chǔ) 圖像及產(chǎn)出影像漏洞的缺點(diǎn)，但在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)線陣CCD相機(jī)具有標(biāo)定困難、影像整體 白平衡調(diào)整困難等問(wèn)題。全景影像最大的特點(diǎn)是水平方向視場(chǎng)角達(dá)到360度，以全景方式 查看，三維可視效果好。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 在下文中給出關(guān)于本發(fā)明的簡(jiǎn)要概述，以便提供關(guān)于本發(fā)明的某些方面的基本理 解。應(yīng)當(dāng)理解，這個(gè)概述并不是關(guān)于本發(fā)明的窮舉性概述。它并不是意圖確定本發(fā)明的關(guān) 鍵或重要部分，也不是意圖限定本發(fā)明的范圍。其目的僅僅是以簡(jiǎn)化的形式給出某些概念， 以此作為稍后論述的更詳細(xì)描述的前序。
[0005] 本發(fā)明提供一種彩色點(diǎn)云系統(tǒng)，包括：
[0006] 數(shù)碼相機(jī)，用于以預(yù)定頻率獲取全景影像；
[0007] 激光掃描儀，用于獲取所述全景影像的激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)；慣性測(cè)量單元和GPS，所述 慣性測(cè)量單元和所述GPS用于提供所述基于全景影像的彩色點(diǎn)云系統(tǒng)在移動(dòng)過(guò)程中的位 置姿態(tài)時(shí)間數(shù)據(jù)；
[0008] 匹配單元，用于將所述位置姿態(tài)時(shí)間數(shù)據(jù)與所述激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)一一對(duì)應(yīng)，生成彩 色點(diǎn)云數(shù)據(jù)。
[0009] 本發(fā)明還提供了基于彩色點(diǎn)云系統(tǒng)的彩色點(diǎn)云生成方法，包括：
[0010] 數(shù)碼相機(jī)以預(yù)定頻率獲取全景影像；
[0011] 激光掃描儀獲取激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)；
[0012] 慣性測(cè)量單元和GPS獲取全景影像的位置姿態(tài)時(shí)間數(shù)據(jù)；
[0013] 匹配單元將所述位置姿態(tài)時(shí)間數(shù)據(jù)與所述激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)一一對(duì)應(yīng)，生成彩色點(diǎn)云 數(shù)據(jù)。
[0014] 本發(fā)明中的彩色點(diǎn)云系統(tǒng)及基于該系統(tǒng)的彩色點(diǎn)云生成方法，通過(guò)將全景相機(jī)和 激光掃描儀安裝在同一測(cè)量車(chē)上，根據(jù)全景影像和激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)，通過(guò)推導(dǎo)激光點(diǎn)云中各 點(diǎn)與全景影像上像素的對(duì)應(yīng)關(guān)系，通過(guò)具體的算法，將像素的顏色賦給相應(yīng)的點(diǎn)，從而生成 彩色點(diǎn)云數(shù)據(jù)，在可視化顯示、物體分類(lèi)、物體建模等方面具有很大的優(yōu)勢(shì)。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015] 為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本 發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以 根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0016] 圖1為本發(fā)明中獲取的激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)示意圖；
[0017] 圖2為本發(fā)明中獲取的全景影像數(shù)據(jù)示意圖；
[0018] 圖3為本發(fā)明中坐標(biāo)系定義示意圖；
[0019] 圖4為本發(fā)明中融合后的彩色點(diǎn)z?不意圖；
[0020] 圖5為本發(fā)明中彩色點(diǎn)云生成方法步驟示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0021] 為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例 中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是 本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。在本發(fā)明的一個(gè)附圖或一種實(shí)施方式中描述 的元素和特征可以與一個(gè)或更多個(gè)其它附圖或?qū)嵤┓绞街惺境龅脑睾吞卣飨嘟Y(jié)合。應(yīng)當(dāng) 注意，為了清楚的目的，附圖和說(shuō)明中省略了與本發(fā)明無(wú)關(guān)的、本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的 部件和處理的表示和描述。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有付出創(chuàng)造 性勞動(dòng)的前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0022] 實(shí)施例一：
[0023] 本發(fā)明提供一種彩色點(diǎn)云系統(tǒng)，包括：
[0024] 數(shù)碼相機(jī)，用于以預(yù)定頻率獲取全景影像；
[0025] 激光掃描儀，用于獲取所述全景影像的激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)；
[0026] 慣性測(cè)量單元和GPS，所述慣性測(cè)量單元和所述GPS用于提供所述基于全景影像 的彩色點(diǎn)云系統(tǒng)在移動(dòng)過(guò)程中的位置姿態(tài)時(shí)間數(shù)據(jù)；
[0027] 匹配單元，用于將所述位置姿態(tài)時(shí)間數(shù)據(jù)與所述激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)一一對(duì)應(yīng)，生成彩 色點(diǎn)云數(shù)據(jù)。
[0028] 本發(fā)明中的彩色點(diǎn)云系統(tǒng)根據(jù)全景相機(jī)和激光掃描儀分別獲得的全景影像和激 光點(diǎn)云通過(guò)具體的算法生成彩色點(diǎn)云數(shù)據(jù)，在可視化顯示、物體分類(lèi)、物體建模等方面具有 很大的優(yōu)勢(shì)。
[0029] 可選的，所述激光掃描儀、所述數(shù)碼相機(jī)、所述慣性測(cè)量單元與所述GPS在空間上 位于同一平臺(tái)上，所述平臺(tái)為移動(dòng)測(cè)量車(chē)。本發(fā)明將數(shù)碼相機(jī)和激光掃描儀在空間上剛性 固定在同一平臺(tái)上，在時(shí)間上由GPS統(tǒng)一，所以在實(shí)驗(yàn)校驗(yàn)和今后的數(shù)據(jù)融合的過(guò)程中，全 景影像和激光點(diǎn)云能夠精確配準(zhǔn)。
[0030] 所述數(shù)碼相機(jī)為全景相機(jī)，本系統(tǒng)通過(guò)使用全景相機(jī)直接獲取全景影像，通過(guò)不 同時(shí)刻采集的全景影像與激光點(diǎn)云的配準(zhǔn)，由激光點(diǎn)云提供對(duì)應(yīng)處影像的三維坐標(biāo)，從而 可以還原全景影像中任意點(diǎn)的坐標(biāo)。
[0031] 可選的，所述匹配單元還用于：為所述激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)選擇合適的全景影像，具體 為：
[0032] 若所述全景影像中物點(diǎn)未被遮擋，則根據(jù)所述GPS的時(shí)間或者幾何距離選擇距離 每個(gè)物點(diǎn)最近的全景影像；
[0033] 否則，選取被遮擋的物點(diǎn)相鄰的未被遮擋的全景影像。
[0034] 數(shù)碼相機(jī)在實(shí)際拍攝中獲取的全景影像中的物點(diǎn)會(huì)存在被其他物體遮擋的情況， 并且從不同的角度獲取的影像中遮擋的情況不一樣，需要為激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)選擇合適的全景 影像。
[0035] 可選的，所述"將所述位置姿態(tài)時(shí)間數(shù)據(jù)與所述激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)一一對(duì)應(yīng)，生成彩色 點(diǎn)云數(shù)據(jù)"具體包括：
[0036]Sl:由物點(diǎn)的大地坐標(biāo)（Xt，Yt，Zt)到Sl系下坐標(biāo)（X1,Y1,Z1)，所述Sl系為局部 空間直角坐標(biāo)系，其中（dX，dY，dZ)為當(dāng)前全景球球心的大地坐標(biāo)；
[0037]

【權(quán)利要求】
1. 一種彩色點(diǎn)云系統(tǒng)，其特征在于，包括： 數(shù)碼相機(jī)，用于以預(yù)定頻率獲取全景影像； 激光掃描儀，用于獲取所述全景影像的激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)； 慣性測(cè)量單元和GPS，所述慣性測(cè)量單元和所述GPS用于提供所述基于全景影像的彩 色點(diǎn)云系統(tǒng)在移動(dòng)過(guò)程中的位置姿態(tài)時(shí)間數(shù)據(jù)； 匹配單元，用于將所述位置姿態(tài)時(shí)間數(shù)據(jù)與所述激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)一一對(duì)應(yīng)，生成彩色點(diǎn) 云數(shù)據(jù)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的彩色點(diǎn)云系統(tǒng)，其特征在于，所述激光掃描儀、所述數(shù)碼相 機(jī)、所述慣性測(cè)量單元與所述GPS在空間上位于同一平臺(tái)上，所述平臺(tái)為移動(dòng)測(cè)量車(chē)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的彩色點(diǎn)云系統(tǒng)，其特征在于，所述匹配單元還用于：為所述激 光點(diǎn)云數(shù)據(jù)選擇合適的全景影像，具體為： 若所述全景影像中物點(diǎn)未被遮擋，則根據(jù)所述GPS的時(shí)間或者幾何距離選擇距離每個(gè) 物點(diǎn)最近的全景影像； 否則，選取被遮擋的物點(diǎn)相鄰的未被遮擋的全景影像。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的彩色點(diǎn)云系統(tǒng)，其特征在于，所述"將所述位置姿態(tài)時(shí)間數(shù)據(jù) 與所述激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)一一對(duì)應(yīng)，生成彩色點(diǎn)云數(shù)據(jù)"具體包括： 51:由物點(diǎn)的大地坐標(biāo)（Xt，Yt，Zt)到Sl系下坐標(biāo)（X1,Y1,Z1)，所述Sl系為局部空間 直角坐標(biāo)系，其中（dX，dY，dZ)為當(dāng)前全景球球心的大地坐標(biāo)；
52 :由所述Sl系坐標(biāo)（X1,Y1,Z1)到S2系坐標(biāo)（Xs，Ys，Zs)，所述S2系為全景球空間直 角坐標(biāo)系；
所述（al，a2,a3,bl，b2,b3,cl,c2,c3)為旋轉(zhuǎn)矩陣的系數(shù)，由全景影像的三個(gè)姿態(tài)角 橫滾角P、俯仰角ω、航向角κ確定；
53 :由所述S2系坐標(biāo)（Xs，Ys，Zs)計(jì)算對(duì)應(yīng)像點(diǎn)在全景球上的極坐標(biāo)（B，L，R)，R為全 景球的半徑；
L= tan (Zs)ylXs2 +Ys2 S4 :由所述B、L計(jì)算像素坐標(biāo)（m，n)，其中，Width為所述全景影像的寬，Height為所 述全景影像的高；
35:為所述激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)賦顏色，其中1?8?8，￥8,2 8)表示點(diǎn)》8，￥8,28)的1?8顏色 值，N為全景影像編號(hào)，RGB(m，η,N)表示該全景影像上像素（m，η)的RGB顏色值； RGB(Xs，Ys，Zs) =RGB(m，η,N)。
5. -種基于權(quán)利要求1-4任意一項(xiàng)所述的彩色點(diǎn)云系統(tǒng)的彩色點(diǎn)云生成方法，其特征 在于，包括： 數(shù)碼相機(jī)以預(yù)定頻率獲取全景影像； 激光掃描儀獲取激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)； 慣性測(cè)量單元和GPS獲取全景影像的位置姿態(tài)時(shí)間數(shù)據(jù)； 匹配單元將所述位置姿態(tài)時(shí)間數(shù)據(jù)與所述激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)一一對(duì)應(yīng)，生成彩色點(diǎn)云數(shù) 據(jù)。
6. 如權(quán)利要求5所述的基于彩色點(diǎn)云系統(tǒng)的彩色點(diǎn)云生成方法，其特征在于，所述激 光點(diǎn)云數(shù)據(jù)為所述激光掃描儀連續(xù)掃描得到的數(shù)據(jù)，所述激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)格式為（X，y，z，t)， 其中X、y、z為三維坐標(biāo)，t表示GPS周秒。
7. 如權(quán)利要求5所述的基于彩色點(diǎn)云系統(tǒng)的彩色點(diǎn)云生成方法，其特征在于，所述全 景影像為每隔5米采集一次，且所述全景影像的數(shù)據(jù)經(jīng)解算為JPEG格式或者BMP格式。
8. 如權(quán)利要求5所述的基于彩色點(diǎn)云系統(tǒng)的彩色點(diǎn)云生成方法，其特征在于，所述全 景影像位置姿態(tài)時(shí)間數(shù)據(jù)為每一張全景影像的文件名、經(jīng)緯度坐標(biāo)、三維直角坐標(biāo)、姿態(tài)角 和GPS周秒，所述姿態(tài)角包括橫滾角P、俯仰角ω、航向角κ。
9. 如權(quán)利要求5所述的基于彩色點(diǎn)云系統(tǒng)的彩色點(diǎn)云生成方法，其特征在于，所述"匹 配單元將所述位置姿態(tài)時(shí)間數(shù)據(jù)與所述激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)一一對(duì)應(yīng)，生成彩色點(diǎn)云數(shù)據(jù)"前還 包括：為所述激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)選擇合適的全景影像，具體為： 若所述全景影像中物點(diǎn)未被遮擋，則根據(jù)所述GPS的時(shí)間或者幾何距離選擇距離每個(gè) 物點(diǎn)最近的全景影像； 否則，選取被遮擋的物點(diǎn)相鄰的未被遮擋的全景影像。
10. 如權(quán)利要求5所述的基于彩色點(diǎn)云系統(tǒng)的彩色點(diǎn)云生成方法，其特征在于，所述 "匹配單元將所述位置姿態(tài)時(shí)間數(shù)據(jù)與所述激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)一一對(duì)應(yīng)，生成彩色點(diǎn)云數(shù)據(jù)"具 體包括： Sl:由物點(diǎn)的大地坐標(biāo)（Xt，Yt，Zt)到Sl系下坐標(biāo)（X1,Y1,Z1)，所述Sl系為局部空間 直角坐標(biāo)系，其中（dx，dY，dZ)為當(dāng)前全景球球心的大地坐標(biāo)；
52 :由所述SI系坐標(biāo)（X1,Y1,Z1)到S2系坐標(biāo)（Xs，Ys，Zs)，所述S2系為全景球空間直 角坐標(biāo)系；
所述（al，a2,a3,bl，b2,b3,cl,c2,c3)為旋轉(zhuǎn)矩陣的系數(shù)，由全景影像的三個(gè)姿態(tài)角 橫滾角P、俯仰角ω、航向角K確定；
53 :由所述S2系坐標(biāo)（Xs，Ys，Zs)計(jì)算對(duì)應(yīng)像點(diǎn)在全景球上的極坐標(biāo)（B，L，R)，R為全 景球的半徑；
54 :由所述B、L計(jì)算像素坐標(biāo)（m，η)，其中，Width為所述全景影像的寬，Height為所 述全景影像的高；
35:為所述激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)賦顏色，其中1?8?8，￥8,2 8)表示點(diǎn)》8，￥8,28)的1?8顏色 值，N為全景影像編號(hào)，RGB(m，η,N)表示該全景影像上像素（m，η)的RGB顏色值； RGB(Xs，Ys，Zs) =RGB(m，η,N)。
【文檔編號(hào)】G06T17/00GK104318616SQ201410641862
【公開(kāi)日】2015年1月28日 申請(qǐng)日期:2014年11月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月7日
【發(fā)明者】鐘若飛, 曾凡洋, 劉穎 申請(qǐng)人:鐘若飛