基于坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的地面激光掃描數(shù)據(jù)勻光勻色方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)的目的是為了解決地面三維激光掃描和逆向三維建模技術(shù)領(lǐng)域中具有顏色信息的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)自動、快速勻光勻色問題。本發(fā)明專利技術(shù)所采用的技術(shù)方案步驟如下：點(diǎn)云數(shù)據(jù)配準(zhǔn)；同名點(diǎn)提取；同名點(diǎn)驗(yàn)核；色彩轉(zhuǎn)換參數(shù)計算；點(diǎn)云勻光勻色。該方法可以高效、批量的對多站具有顏色信息的地面三維激光掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行勻光勻色，為逆向三維建模中的紋理生成提供優(yōu)質(zhì)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，在地面三維激光掃描和逆向三維建模技術(shù)領(lǐng)域能發(fā)揮很大作用。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
基于坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的地面激光掃描數(shù)據(jù)勻光勻色方法
本專利技術(shù)涉及地面三維激光掃描和逆向三維建模
，尤其涉及具有顏色信息的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)勻光勻色方法。
技術(shù)介紹
地面三維激光掃描技術(shù)和近景攝影測量技術(shù)的發(fā)展，使得地面三維激光掃描所得到的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)可以獲得掃描目標(biāo)在該點(diǎn)上的顏色信息，進(jìn)而為逆向三維建模生成精細(xì)仿真的紋理創(chuàng)造條件。但是在地面三維激光掃描的過程中，需要對目標(biāo)進(jìn)行多角度、多測站的掃描，色彩信息獲取容易受到光照、周圍物體陰影遮擋等影響，造成同一目標(biāo)不同測站點(diǎn)云顏色的強(qiáng)度和飽和度等不一致，會引起相鄰測站點(diǎn)云交匯處紋理色彩不協(xié)調(diào)，影響彩色模型的整體效果。在紋理生成前，對異站點(diǎn)云色彩進(jìn)行勻光勻色處理，使其顏色協(xié)調(diào)一致。目前常用的勻光勻色方法多是針對二維圖像，對于三維點(diǎn)云，傳統(tǒng)二維勻光勻色方法并沒有很好的適用性。對于海量具有顏色信息的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，如何避免傳統(tǒng)勻光勻色方法的缺陷，并自動、快速的進(jìn)行計算，是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)地面激光掃描數(shù)據(jù)勻光勻色的關(guān)鍵。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的是為了解決地面三維激光掃描和逆向三維建模
中具有顏色信息的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)自動、快速勻光勻色問題。本專利技術(shù)所采用的技術(shù)方案步驟如下：(1)點(diǎn)云數(shù)據(jù)配準(zhǔn)。從具有相同掃描部分的相鄰地面激光掃描點(diǎn)云數(shù)據(jù)中選取特征點(diǎn)、特征線和特征面，其相同的特征作為同名特征，通過匹配同名特征點(diǎn)、特征線和特征面計算出點(diǎn)云的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)，并根據(jù)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)，計算點(diǎn)云新的坐標(biāo)，使各站點(diǎn)云獨(dú)立坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到統(tǒng)一的坐標(biāo)系下。(2)同名點(diǎn)提取。提取配準(zhǔn)后的相鄰兩站點(diǎn)云的共有部分，選取兩站點(diǎn)云中較小的點(diǎn)間距的1/2作為閾值，遍歷計算一站點(diǎn)云共有部分中所有點(diǎn)到另一站點(diǎn)云共有部分中的所有點(diǎn)的距離，將小于閾值的點(diǎn)對作為同名點(diǎn)進(jìn)行保留。(3)同名點(diǎn)驗(yàn)核。先將同名點(diǎn)的紅、綠、藍(lán)三色分量值作為XYZ空間中的X、Y、Z分量值，采用坐標(biāo)轉(zhuǎn)換七參數(shù)計算模型，根據(jù)同名點(diǎn)的各分量值計算出兩站點(diǎn)云的顏色轉(zhuǎn)換參數(shù)，然后回代計算出各個同名點(diǎn)轉(zhuǎn)換后的三色分量值，求出各點(diǎn)殘差，并統(tǒng)計中誤差，按照一定的閾值剔除可疑同名點(diǎn)，并迭代此過程，直到中誤差符合誤差要求，結(jié)束該迭代。(4)色彩轉(zhuǎn)換參數(shù)計算。采用步驟(3)中的合格同名點(diǎn)，通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換七參數(shù)計算模型，解算出相鄰測站的色彩轉(zhuǎn)換參數(shù)。(5)點(diǎn)云勻光勻色。分別計算兩站點(diǎn)云顏色強(qiáng)度值的平均值與128差值較小，且顏色強(qiáng)度方差較大的點(diǎn)云作為基準(zhǔn)站，然后基于色彩轉(zhuǎn)換參數(shù)，對另一站站點(diǎn)云進(jìn)行逐點(diǎn)的紅、綠、藍(lán)三色分量計算，得到轉(zhuǎn)換后的新點(diǎn)云色彩。該方法可以高效、批量的對多站具有顏色信息的地面三維激光掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行勻光勻色，為逆向三維建模中的紋理生成提供優(yōu)質(zhì)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，在地面三維激光掃描和逆向三維建模
能發(fā)揮很大作用。附圖說明圖1是相鄰測站原始效果圖；圖2是勻光勻色后效果圖。圖3是完整計算流程圖。具體實(shí)施方式本專利技術(shù)主要針對多站具有顏色信息的地面三維激光掃描點(diǎn)云數(shù)據(jù)存在的由于周圍環(huán)境引起的相鄰測站點(diǎn)云顏色差異，實(shí)現(xiàn)自動、快速、合理的勻光勻色，最終消除相鄰測站點(diǎn)云色彩差異。本專利技術(shù)首先基于相鄰測站的公共區(qū)域根據(jù)閾值選取同名點(diǎn)。然后基于坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的概念，將點(diǎn)云的紅、綠、藍(lán)三個顏色分量作為空間中的三個方向向量，計算相鄰測站的色彩轉(zhuǎn)換參數(shù)。接著統(tǒng)計參數(shù)回代后各同名點(diǎn)的中誤差，對可疑同名點(diǎn)進(jìn)行過濾。最后通過合格同名點(diǎn)計算所得到的色彩轉(zhuǎn)換參數(shù)，對測站所有點(diǎn)云進(jìn)行勻光勻色。該方法可以高效、批量的對多站具有顏色信息的地面三維激光掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行勻光勻色，為逆向三維建模中的紋理生成提供優(yōu)質(zhì)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，在地面三維激光掃描和逆向三維建模
能發(fā)揮很大作用，并獲得很好的經(jīng)濟(jì)效益。下面結(jié)合附圖和實(shí)例，對本專利技術(shù)實(shí)施步驟詳細(xì)說明如下：如附圖1，圖中為兩組相鄰具有重疊區(qū)域的地面激光掃描點(diǎn)云數(shù)據(jù)，需要將圖中測站2進(jìn)行勻光勻色。(1)測站1右側(cè)與測站2左側(cè)為重疊區(qū)域，從重疊區(qū)域中選取特征點(diǎn)、特征線和特征面，通過匹配重疊區(qū)域中的同名特征點(diǎn)、特征線和特征面計算出兩組點(diǎn)云數(shù)據(jù)的X、Y、Z三個坐標(biāo)分量的旋轉(zhuǎn)參數(shù)ωX,ωY,ωZ和平移參數(shù)ΔX,ΔY,ΔZ，并根據(jù)坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)參數(shù)和平移參數(shù)，計算測站2點(diǎn)云新的坐標(biāo)，使測站2點(diǎn)云坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到測站1點(diǎn)云的坐標(biāo)系下。(2)提取配準(zhǔn)后的測站1與測站2兩站點(diǎn)云的重疊部分，由于測站1的點(diǎn)間距小于測站2的點(diǎn)間距，所以選取測站1的點(diǎn)間距的1/2作為篩選閾值，遍歷計算測站1重疊部分中的所有點(diǎn)到測站2重疊部分的所有點(diǎn)，距離小于篩選閾值的點(diǎn)對作為同名點(diǎn)保留。(3)參與參數(shù)計算的同名點(diǎn)可能因光線或環(huán)境原因?qū)е骂伾c真實(shí)顏色相差較大，所以需要進(jìn)行過濾與篩選。首先將所有的同名點(diǎn)的紅、綠、藍(lán)三色分量值帶入公式其中R'、G'、B'為測站1某一同名點(diǎn)的顏色觀測分量值，R"、G"、B"為測站2對應(yīng)同名點(diǎn)的顏色觀測分量值，ωR,ωG,ωB為兩RGB坐標(biāo)系間的旋轉(zhuǎn)系數(shù)，k為拉伸系數(shù)，ΔR,ΔG,ΔB為強(qiáng)度補(bǔ)償系數(shù)，再聯(lián)立誤差方程，基于最小二乘法解算出以上轉(zhuǎn)換參數(shù)。再基于該參數(shù)，計算出轉(zhuǎn)換后的測站2同名點(diǎn)與測站1同名點(diǎn)在紅、綠、藍(lán)三個顏色分量上的差值。統(tǒng)計其中的誤差，將兩倍的中誤差作為篩選可疑同名點(diǎn)的依據(jù)，剔除可疑同名點(diǎn)，再重復(fù)本步驟直至達(dá)到要求。(4)基于合格的同名點(diǎn)，通過步驟(3)中的轉(zhuǎn)換公式(1)，解算出測站2與測站1的色彩轉(zhuǎn)換參數(shù)ωR,ωG,ωB，k，ΔR,ΔG,ΔB。(5)測站1的顏色強(qiáng)度平均值更為接近128，且顏色強(qiáng)度的方差更大，所以選擇測站1作為基準(zhǔn)站，然后基于色彩轉(zhuǎn)換參數(shù)ωR,ωG,ωB，k，ΔR,ΔG,ΔB，采用步驟(3)中的轉(zhuǎn)換公式(1)，對測站2內(nèi)的所有點(diǎn)紅、綠、藍(lán)三個顏色分量進(jìn)行計算，得到轉(zhuǎn)換后的新色彩，實(shí)現(xiàn)勻光勻色。轉(zhuǎn)換結(jié)果如附圖2所示。對應(yīng)的流程圖如附圖3所示。本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種基于坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的地面激光掃描數(shù)據(jù)勻光勻色方法，其特征在于，包括如下步驟：(1)點(diǎn)云數(shù)據(jù)配準(zhǔn):從具有相同掃描部分的相鄰地面激光掃描點(diǎn)云數(shù)據(jù)中選取特征點(diǎn)、特征線和特征面，其相同的特征作為同名特征，通過匹配同名特征點(diǎn)、特征線和特征面計算出點(diǎn)云的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)，并根據(jù)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)，計算點(diǎn)云新的坐標(biāo)，使各站點(diǎn)云獨(dú)立坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到統(tǒng)一的坐標(biāo)系下；(2)同名點(diǎn)提取:提取配準(zhǔn)后的相鄰兩站點(diǎn)云的共有部分，選取兩站點(diǎn)云中較小的點(diǎn)間距的1/2作為閾值，遍歷計算一站點(diǎn)云共有部分中所有點(diǎn)到另一站點(diǎn)云共有部分中的所有點(diǎn)的距離，將小于閾值的點(diǎn)對作為同名點(diǎn)進(jìn)行保留。(3)同名點(diǎn)驗(yàn)核:先將同名點(diǎn)的紅、綠、藍(lán)三色分量值作為XYZ空間中的X、Y、Z分量值，采用坐標(biāo)轉(zhuǎn)換七參數(shù)計算模型，根據(jù)同名點(diǎn)的各分量值計算出兩站點(diǎn)云的顏色轉(zhuǎn)換參數(shù)，然后回代計算出各個同名點(diǎn)轉(zhuǎn)換后的三色分量值，求出各點(diǎn)殘差，并統(tǒng)計中誤差，按照一定的閾值剔除可疑同名點(diǎn)，并迭代此過程，直到中誤差符合誤差要求，結(jié)束該迭代；(4)色彩轉(zhuǎn)換參數(shù)計算:采用步驟(3)中的合格同名點(diǎn)，通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換七參數(shù)計算模型，解算出相鄰測站的色彩轉(zhuǎn)換參數(shù)；(5)點(diǎn)云勻光勻色:分別計算兩站點(diǎn)云顏色強(qiáng)度值的平均值與128差值較小，且顏色強(qiáng)度方差較大的點(diǎn)云作為基準(zhǔn)站，然后基于色彩轉(zhuǎn)換參數(shù)，對另一站站點(diǎn)云進(jìn)行逐點(diǎn)的紅、綠、藍(lán)三色分量計算，得到轉(zhuǎn)換后的新點(diǎn)云色彩。...

【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的地面激光掃描數(shù)據(jù)勻光勻色方法，其特征在于，包括如下步驟：(1)點(diǎn)云數(shù)據(jù)配準(zhǔn):從具有相同掃描部分的相鄰地面激光掃描點(diǎn)云數(shù)據(jù)中選取特征點(diǎn)、特征線和特征面，其相同的特征作為同名特征，通過匹配同名特征點(diǎn)、特征線和特征面計算出點(diǎn)云的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)，并根據(jù)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)，計算點(diǎn)云新的坐標(biāo)，使各站點(diǎn)云獨(dú)立坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到統(tǒng)一的坐標(biāo)系下；(2)同名點(diǎn)提取:提取配準(zhǔn)后的相鄰兩站點(diǎn)云的共有部分，選取兩站點(diǎn)云中較小的點(diǎn)間距的1/2作為閾值，遍歷計算一站點(diǎn)云共有部分中所有點(diǎn)到另一站點(diǎn)云共有部分中的所有點(diǎn)的距離，將小于閾值的點(diǎn)對作為同名點(diǎn)進(jìn)行保留。(3)同名點(diǎn)驗(yàn)核:先將同名點(diǎn)的紅、綠、藍(lán)三色...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：郭王，程效軍，程小龍，張吉星，李泉，張立朔，朱劍偉，鄧林建，辛佩康，田芮，楊澤鑫，鄔鎮(zhèn)倫，黃凱，
申請(專利權(quán))人：同濟(jì)大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：上海,31