一種三維激光點云與二維圖像的融合方法
【專利摘要】本發明涉及三維點云數據處理與三維場景重建技術領域，一種三維激光點云與二維圖像的融合方法，包括以下步驟：(1)制作黑白柵格豎孔標定板，(2)采集三維激光點云和二維圖像，(3)計算豎孔中心空間坐標，(4)計算豎孔中心像素坐標，(5)計算映射矩陣完成數據融合。本發明具有以下優點：一是，采用激光掃描儀的線點云數據與相機拍攝的圖像數據進行融合，采樣數據量小；二是，在求解三維激光點云與二維圖像的映射關系時，計算量小，計算過程簡單，計算效率高；三是，可實現三維激光點云與二維圖像的實時融合；四是，利用區間矩陣計算豎孔中心空間坐標，約束條件多，計算更加準確；五是，利用相機成像原理直接構建激光掃描平面和相機成像平面的單應性關系，求解映射矩陣，計算方法簡單可靠。
【專利說明】
一種三維激光點云與二維圖像的融合方法
技術領域
[0001]本發明涉及一種三維激光點云與二維圖像的融合方法，屬于三維點云數據處理與 三維場景重建技術領域。
【背景技術】
[0002]在數字化現實世界的過程中，三維點云數據記錄了物體表面的幾何屬性和位置信 息，二維圖像記錄了物體表面的顏色信息和紋理信息，二者的深度融合，將形成一種新興的 數字媒體，即三維彩色點云數據，三維彩色點云數據是三維點云數據的進一步發展，可以更 加精確地表述現實世界。三維激光點云與二維圖像融合是解決三維場景重建的關鍵性技 術，具有較強的理論意義和應用價值，目前已在工業檢測、自主導航、逆向工程、虛擬現實和 軍事國防等領域有了越來越多的應用。
[0003]根據幾何結構的不同，三維激光點云可分為兩大類:線點云與面點云。目前，大多 的激光掃描儀的工作方式為線掃描。每次掃描可以獲取一條由一系列離散點順序組成的離 散曲線，即為線點云。該離散曲線位于實際場景與激光掃描平面的交線上。為了獲取整個場 景的面點云數據，需要為激光掃描儀外加旋轉平移裝置，以實現整個場景的全面掃描。
[0004] 三維激光點云與二維圖像的融合主要是指在利用激光掃描儀和相機掃描拍攝三 維場景時，建立三維激光點云中的空間點與二維圖像的像素點之間的映射關系，從而獲取 每一個激光掃描點所對應的像素點，給每一個激光掃描點染色，最終獲取場景的三維彩色 點云。其主要分為兩大步：1)求解三維激光點云與二維圖像之間的映射關系;2)利用求得的 映射關系融合場景三維激光點云與二維圖像。
[0005] 目前，三維激光點云與二維圖像的融合方法主要有以下三種：1)利用激光掃描儀 與相機的安裝結構實現融合，該方法主要使用固定裝置將激光掃描儀與相機進行固定安 裝，并在實驗環境下通過標定得到激光掃描儀與相機的結構關系，從而完成三維激光點云 與二維圖像的融合;2)利用三維激光點云與二維圖像中的直線或平面特征來實現二者的數 據融合，該方法主要是對三維激光點云與二維圖像中的直線特征進行提取，利用相機光心 與直線特征構造平面，通過求取點云中對應直線端點到達該平面的最小距離來求解相機參 數，并進一步實現三維激光點云與二維圖像的融合;3)利用激光角點的回波反射圖與圖像 相似性來完成融合，該方法利用激光角點的回波反射強度將點云制成反射圖，并根據反射 圖與紋理圖像之間的相似性求解對應關系，從而進行三維激光點云與二維圖像的融合。
[0006] 經過大量研究發現，與本發明相近的融合方法如下：對標定板進行全面的激光掃 描，獲取標定板完整的三維激光點云數據，與此同時，利用相機對標定板進行拍攝，獲得標 定板的二維圖像數據。獲取三維激光點云與二維圖像中的對應點對，再根據非線性最小二 乘算法求解外參與內參矩陣，從而實現三維激光點云與二維圖像的融合。這種方法存在如 下不足之處：1)該方法需要對標定板進行全面的激光掃描來獲得標定板完整的三維激光點 云，其采樣獲取的數據量大。2)為了求解三維激光點云與二維圖像的映射關系，該方法需要 對大量的采樣數據進行處理，其計算量過大，計算效率低，計算過程繁瑣;3)該方法無法實 現三維激光點云與二維圖像的實時匹配，在進行三維激光點云和二維圖像融合時，激光掃 描儀需要先完成對整個場景的掃描，以獲取完整場景的三維激光點云，然后再與相機獲得 的二維平面圖像數據進行融合，該過程不具有實時性。

【發明內容】

[0007] 為了解決上述現有技術中存在的問題，本發明目的是提供一種三維激光點云與二 維圖像的融合方法。本發明是在利用激光掃描儀和相機掃描拍攝三維場景時，為激光掃描 儀掃描的線點云數據與相機拍攝的圖像數據提供一種融合方法，以實時獲取場景的三維彩 色點云數據。
[0008] 為了實現上述發明目的，解決已有技術中存在的向題，本發明采取的技術方案是： 一種三維激光點云與二維圖像的融合方法，包含以下步驟：
[0009] 步驟1、制作黑白柵格豎孔標定板，標定板尺寸為180cm X 72cm，其上均勾分布著邊 長為12cm的黑白正方形網格，沿著標定板中心線lc均勾排列著14個豎孔B= {bj | Kj彡14}， 豎孔長6cm，寬為2cm，每一個豎孔中心Cj(l<j<14)均位于黑白柵格的角點。
[0010] 步驟2、采集三維激光點云和二維圖像，固定激光掃描儀和相機，將標定板垂直面 向激光掃描儀和相機，利用激光掃描儀掃描時激光光線反射會在圖像上形成條紋光斑，來 調整標定板的水平位置使得激光掃描平面準確穿過所有豎孔B的中心，獲取標定板中心線 U上的線點云P，同時利用相機拍攝標定板，獲取標定板的二維圖像I，激光掃描儀坐標系 [0L; X，y，Z ]的原點〇L位于激光光心，XZ平面位于激光掃描平面，圖像坐標系[0c; u，V]的原點 〇c位于像平面左上角頂點，uv平面位于圖像傳感器平面。
[0011] 步驟3、計算豎孔中心空間坐標，分別提取標定板上和從豎孔中穿過的激光掃描 點，利用最小二乘法對標定板上的激光掃描點進行擬合獲得擬合直線，連接激光掃描儀光 心與激光掃描點獲得激光掃描線，求解激光掃描線與擬合直線的交點，并利用區間矩陣計 算豎孔中心的空間坐標，具體包括以下子步驟：
[0012] (a)根據位置遠近，從線點云P中提取標定板上的掃描點Pa={Pal|l彡i< n}和從豎 孔中穿過的掃描點Pb= {pbi | ，其中，η表示標定板上掃描點的個數，m表示從豎孔中 穿過掃描點的個數。
[0013] (b)利用最小二乘法對位于標定板上的掃描點Pa進行線性擬合，獲取擬合直線lf， 其為中心線1。的逼近。
[0014] (c)依次連接激光掃描儀光心0L和掃描點PgPb，分別獲取激光掃描線La={L ai|l <i<n}與Lb= {Lbi | Ki<m}。
[0015] (d)分別求解激光掃描線La和Lb與擬合直線lf的交點4 =U1 S ? S n}:和 h = {Pbi\^ ^ ^
[0016] (e)由于豎孔的間隔，標定板上交點4可分為15個部分巧 Md s j S IS)，%' = η，且豎孔上交點Λ可分為1 4個部分每=(?丨1 S is ?1^(1 S7 S 14)，ΣΡ:1叫:=泔，第一部分標定板上交點:?1的最下面的點起而與第一部分 豎孔上交點巧的最上面的點Pti之間在擬合直線上構成了一個連續區間[起&，該區 間包含了孔和板的邊界;將該區間沿擬合直線向下平移0.5倍孔長，即可獲得一個新的區間 11;1，該區間包含了第一個豎孔中心C1，由于每個豎孔之間的間隔固定，豎孔中心之間均相 差12cm，因此，將1 1;1沿擬合直線向下平移12cm，即可獲得包含第二個豎孔中心(：2的區間 11>2,以此類推，可以獲得1 1,3 - 11,14，利用上述方法，最終獲得一個區間矩陣， h，i …
[0017] h.i. ?" /μ,Ι "*
[0018] 矩陣中的元素區間表示了第i個邊界對第j個豎孔中心位置的約束，因此，第j個 豎孔中心的優化約束區間為// = ngi/,·;，則豎孔中心的位置為優化約束區間込的中心， 則可以準確計算豎孔中心Cj的空間坐標。
[0019] 步驟4、計算豎孔中心像素坐標，利用黑白柵格角點提取和平均值法，計算豎孔中 心的像素坐標，具體包括以下子步驟：
[0020] (a)利用黑白柵格角點提取方法，獲取與豎孔中心^(1彡j彡14)直接相鄰的四個 角點的像素點坐標，在圖像坐標系[0 C;u，v]下依次記為(?)，
[0021] (b)計算豎孔中心Cj(l彡j彡14)的像素坐標(叫，％)，即
[0022] 步驟5、計算映射矩陣完成數據融合，利用相機針孔模型構建超定方程組，計算三 維激光點云與二維圖像的映射矩陣，并利用該映射矩陣實現三維激光點云與二維圖像的融 合，具體包括以下子步驟：
[0023] (a)根據相機針孔模型、空間旋轉矩陣、空間平移向量以及本發明利用直線激光點 云進行融合的特點，構建豎孔中心空間坐標與豎孔中心像素坐標的映射關系模型為，
[0026] [R T] = [π Γ2 Γ3 t],
[0027] 其中，s為相機放大系數，（u，v)為豎孔中心像素坐標，A為相機內參矩陣，[R T]為 旋轉矩陣R與平移矩陣Τ構成的外參矩陣，[ri r2 r3 t]為外參矩陣的列向量，（χ,Ο,ζ)為豎 孔中心空間坐標。
[0028] (b)對矩陣進行分塊計算，得到下列關系， -^1 「X-
[0029] 5 v r3 t] z ， -l.J -V
[0030] 其中，ri為旋轉矩陣R的第一列，r3為旋轉矩陣R的第三列，t為平移矩陣T的列向量。
[0031] (c)進行計算， -X-
[0032] 令M = z :， 1- hu.. h12 hn
[0033] H - A^t % t] = hzi h22 h23 , hi hH-
[0034] h[ = [ft，!] hi2 h1：i],
[0035] = [h2i h22 h2s] t
[0036] h'A - [/'i-ai h·^ h33],
[0037] 則有
[0039] (d)由矩陣相等原則，則有
[0040] u = ,
[0041 ] y = gM/gM。
[0042] (e)構建方程組，其表達形式為， Γηη."π Μτ 0 -vMT' _n[0043] [0 MT -vMT\ k-2 = ° ./l5.
[0044] (f)選取14組豎孔中心空間坐標和像素坐標構建超定方程組， 'M{ 〇 〇 Μι -i^ MT pi'
[0045] ： · i h2 - 0 , "? h?t_
[0 Ml, -Vl4Ml\ "gr 0 -?iM[' 0 Ml -VlM(
[0046] F = · ： i ， 所4』解4 .〇 ?14 -v14M{4.
[0047] 其中，F為28X9矩陣，構成了超定方程組的系數矩陣，利用最小二乘法求解該超定 方程組，即可得到映射矩陣H。
[0048] (g)在實時掃描拍攝三維場景時，利用映射矩陣即可實時融合激光線點云和二維 圖像，獲取場景的三維彩色點云。
[0049]本發明有益效果是：一種三維激光點云與二維圖像的融合方法，包括以下步驟： (1)制作黑白柵格豎孔標定板，（2)采集三維激光點云和二維圖像，（3)計算豎孔中心空間坐 標，（4)計算豎孔中心像素坐標，（5)計算映射矩陣完成數據融合。與已有技術相比，本發明 具有以下優點：一是，本發明采用激光掃描儀的線點云數據與相機拍攝的圖像數據進行三 維激光點云與二維圖像融合，采樣數據量小;二是，在求解三維激光點云與二維圖像的映射 關系時，本發明計算量小，計算過程簡單，計算效率高;三是，本發明可實現三維激光點云與 二維圖像的實時融合；四是，本發明利用區間矩陣計算豎孔中心空間坐標，約束條件多，計 算更加準確;五是，本發明利用相機成像原理直接構建激光掃描平面和相機成像平面的單 應性關系，求解映射矩陣，計算方法簡單可靠。
【附圖說明】
[0050]圖1是本發明方法步驟流程圖。
[0051 ]圖2是黑白柵格豎孔標定板示意圖。
[0052]圖3是激光線點云與圖像數據采集示意圖。
[0053]圖4是激光線點云采集結果圖。
[0054]圖5是標定板上和從豎孔穿過的激光掃描點提取結果圖。
[0055]圖6是直線擬合結果圖。
[0056]圖7是激光掃描線獲取結果圖。
[0057]圖8是豎孔中心空間坐標計算結果圖。
[0058]圖9是豎孔中心像素坐標計算示意圖。
[0059]圖10是室內外場景三維激光點云和二維圖像融合結果圖。
【具體實施方式】
[0060] 下面結合附圖對本發明作進一步說明。
[0061] 如圖1所示，一種三維激光點云與二維圖像的融合方法，包括以下步驟：
[0062]步驟1、制作黑白柵格豎孔標定板，標定板尺寸為180cm X 72cm，其上均勾分布著邊 長為12cm的黑白正方形網格，沿著標定板中心線lc均勾排列著14個豎孔B= {bj | Kj彡14}， 豎孔長6cm，寬為2cm，每一個豎孔中心Cj(l<j<14)均位于黑白柵格的角點，如圖2所示。 [0063]步驟2、采集三維激光點云和二維圖像，固定激光掃描儀和相機，將標定板垂直面 向激光掃描儀和相機，利用激光掃描儀掃描時激光光線反射會在圖像上形成條紋光斑，來 調整標定板的水平位置使得激光掃描平面準確穿過所有豎孔B的中心，獲取標定板中心線 U上的線點云P，同時利用相機拍攝標定板，獲取標定板的二維圖像I，激光掃描儀坐標系 [0L; X，y，Z ]的原點〇L位于激光光心，XZ平面位于激光掃描平面，圖像坐標系[0c; u，V]的原點 〇c位于像平面左上角頂點，uv平面位于圖像傳感器平面，如圖3所示。
[0064] 步驟3、計算豎孔中心空間坐標，分別提取標定板上和從豎孔中穿過的激光掃描 點，利用最小二乘法對標定板上的激光掃描點進行擬合獲得擬合直線，連接激光掃描儀光 心與激光掃描點獲得激光掃描線，求解激光掃描線與擬合直線的交點，并利用區間矩陣計 算豎孔中心的空間坐標，具體包括以下子步驟：
[0065] (a)根據位置遠近，從線點云P中提取標定板上的掃描點Pa={pal|l彡i<n}和從豎 孔中穿過的掃描點Pb= {pbi | ，如圖4和圖5所示。其中，η表示標定板上掃描點的個 數，m表示從豎孔中穿過掃描點的個數。
[0066] (b)利用最小二乘法對位于標定板上的掃描點Pa進行線性擬合，獲取擬合直線l f， 其為中心線1。的逼近，如圖6所示。
[0067] (c)依次連接激光掃描儀光心0L和掃描點？3與?^分別獲取激光掃描線L a= {Lai | 1 <i<n}與Lb= {Lbi I Ki<m}，如圖7所示。
[0068] (d)分別求解激光掃描線La和Lb與擬合直線lf的交點& = i 5Ξη}和
[0069] (e)由于豎孔的間隔，標定板上交點&可分為15個部分紀=teili α 且豎孔上交點蘆b可分為14個部分5 ?|1 K 丨(1 S 7 5 14)，E^m,· = m，:第一部 分標定板上交點梪的最下面的點致ni與第一部分豎孔上交點盡的最上面的點之間在 擬合直線上構成了一個連續區間，烕」，該區間包含了孔和板的邊界;將該區間沿擬 合直線向下平移0.5倍孔長，即可獲得一個新的區間1 1;1，該區間包含了第一個豎孔中心C1， 由于每個豎孔之間的間隔固定，豎孔中心之間均相差12cm，因此，將1 1;1沿擬合直線向下平 移12cm，即可獲得包含第二個豎孔中心(：2的區間11>2，以此類推，可以獲得〖^山^利用上 述方法，最終獲得一個區間矩陣， h,i '"·· ,1，14
[0070] '2,1 ^2,1-1 }?Λ,? ^14.14
[0071] 矩陣中的元素區間表示了第i個邊界對第j個豎孔中心位置的約束，因此，第j個 豎孔中心q的優化約束區間為// = ，則豎孔中心q的位置為優化約束區間込的中心， 則可以準確計算豎孔中心cj的空間坐標，如圖8所示。
[0072] 步驟4、計算豎孔中心像素坐標，利用黑白柵格角點提取和平均值法，計算豎孔中 心的像素坐標，如圖9所示，具體包括以下子步驟：
[0073] (a)利用黑白柵格角點提取方法，獲取與豎孔中心^(1彡j彡14)直接相鄰的四個 角點的像素點坐標，在圖像坐標系[0c;u，v]下依次記為(uW). (uW)，(wK)，（?4, <)。
[0074] (b)計算豎孔中心Cj(l彡j彡14)的像素坐標(Uj，vj)，即
[0075] 步驟5、計算映射矩陣完成數據融合，利用相機針孔模型構建超定方程組，計算三 維激光點云與二維圖像的映射矩陣，并利用該映射矩陣實現三維激光點云與二維圖像的融 合，具體包括以下子步驟：
[0076] (a)根據相機針孔模型、空間旋轉矩陣、空間平移向量以及本發明利用直線激光點 云進行融合的特點，構建豎孔中心空間坐標與豎孔中心像素坐標的映射關系模型為， rX-i rui 〇
[0077] s i? =A[R r] ， LlJ liJ fx 0 C.Y
[0078] /1-0 fv cv ， 0 0 1
[0079] [R T] = [π Γ2 Γ3 t],
[0080] 其中，s為相機放大系數，（u，v)為豎孔中心像素坐標，A為相機內參矩陣，[R T]為 旋轉矩陣R與平移矩陣T構成的外參矩陣，[ri r2 r3 t]為外參矩陣的列向量，（χ,Ο,ζ)為豎 孔中心空間坐標。
[0081 ] (b)對矩陣進行分塊計算，得到下列關系， -li-j 「x-
[0082] s p 二 r3 f] z ， lJ ?ΙΕ 0083] 其中，n為旋轉矩陣R的第一列，r3為旋轉矩陣R的第三列，t為平移矩陣T的列向量。
[0084] (c)進行計算， -X-
[0085] 令Μ = ζ ， -1- hri
[0086] H = A t] - h-ix h'22 九23 ， ..h31 h32 h33.
[0087] = [ft.n ft l2 %3] ?
[0088] = [^21 ^-22 ^23] ?
[0089] S| = [h31 h32 h33],
[0090] 則有
[0091] s v 二你。 -1- --·τ Ji^M.
[0092] (d)由矩陣相等原則，則有
[0093] u 二 ，
[0094] y "以/命。
[0095] (e)構建方程組，其表達形式為，
[0096] [,VF Jr ~ηΨλ hi = 0 ;
[0 Mr -vM1- / ml
[0097] (f)選取14組豎孔中心空間坐標和像素坐標構建超定方程組，
[0100]其中，F為28X9矩陣，構成了超定方程組的系數矩陣，利用最小二乘法求解該超定 方程組，即可得到映射矩陣H。
[0101] (g)在實時掃描拍攝三維場景時，利用映射矩陣即可實時融合激光線點云和二維 圖像，獲取場景的三維彩色點云，如圖1 〇所示。
[0102]本發明優點在于:一是，本發明采用激光掃描儀的線點云數據與相機拍攝的圖像 數據進行三維激光點云與二維圖像融合，采樣數據量小;二是，在求解三維激光點云與二維 圖像的映射關系時，本發明計算量小，計算過程簡單，計算效率高;三是，本發明可實現三維 激光點云與二維圖像的實時融合；四是，本發明利用區間矩陣計算豎孔中心空間坐標，約束 條件多，計算更加準確;五是，本發明利用相機成像原理直接構建激光掃描平面和相機成像 平面的單應性關系，求解映射矩陣，計算方法簡單可靠。
【主權項】
1. 一種Ξ維激光點云與二維圖像的融合方法，其特征在于包含W下步驟： 步驟1、制作黑白柵格豎孔標定板，標定板尺寸為180cmX72cm，其上均勻分布著邊長為 12cm的黑白正方形網格，沿著標定板中屯、線Ic均勻排列著14個豎孔6=山|1《_1《14}，豎孔 長6cm，寬為2cm，每一個豎孔中屯、cj (1《j《14)均位于黑白柵格的角點； 步驟2、采集Ξ維激光點云和二維圖像，固定激光掃描儀和相機，將標定板垂直面向激 光掃描儀和相機，利用激光掃描儀掃描時激光光線反射會在圖像上形成條紋光斑，來調整 標定板的水平位置使得激光掃描平面準確穿過所有豎孔B的中屯、，獲取標定板中屯、線Ic上 的線點云P，同時利用相機拍攝標定板，獲取標定板的二維圖像I，激光掃描儀坐標系[〇L;x， y，Z ]的原點化位于激光光屯、，XZ平面位于激光掃描平面，圖像坐標系[Oc; U, V ]的原點化位于 像平面左上角頂點，UV平面位于圖像傳感器平面； 步驟3、計算豎孔中屯、空間坐標，分別提取標定板上和從豎孔中穿過的激光掃描點，利 用最小二乘法對標定板上的激光掃描點進行擬合獲得擬合直線，連接激光掃描儀光屯、與激 光掃描點獲得激光掃描線，求解激光掃描線與擬合直線的交點，并利用區間矩陣計算豎孔 中屯、的空間坐標，具體包括W下子步驟： (a) 根據位置遠近，從線點云P中提取標定板上的掃描點Pa= {pai I l《i《n巧日從豎孔中 穿過的掃描點Pb={pbi|l《i《m}，其中，η表示標定板上掃描點的個數，m表示從豎孔中穿過 掃描點的個數； (b) 利用最小二乘法對位于標定板上的掃描點Pa進行線性擬合，獲取擬合直線If,其為 中屯、線Ic的逼近； (C)依次連接激光掃描儀光屯、〇L和掃描點Pa與Pb，分別獲取激光掃描線La=化ai I η}與Lb= {Lbi I ; ("分別求解激光掃描線1^3和1^6與擬合直線1:的交點島={拓扣么^<巧和 & =棍ill空?言耐； (e)由于豎孔的間隔，標定板上交點島可分為15個部分這=始ill ￡ i訂諱1巧' Σ}!巧=，1， 且豎孔上交點局可分為Η個部分巧/二{說.|1 < i <； < Μ)，1片1呵'二…，巧一部 分標定板上交點巧的最下面的點巧,ηι與第一部分豎孔上交點巧的最上面的點強，1之間在 擬合直線上構成了一個連續區間bl,。，，站λΙ，該區間包含了孔和板的邊界;將該區間沿擬 合直線向下平移0.5倍孔長，即可獲得一個新的區間11,1，該區間包含了第一個豎孔中屯、C1， 由于每個豎孔之間的間隔固定，豎孔中屯、之間均相差12cm，因此，將Ιι,ι沿擬合直線向下平 移12畑1，即可獲得包含第二個豎孔中屯、C2的區間Il,2，W此類推，可W獲得Ι?,3···Ι?,14,利用上 述方法，最終獲得一個區間矩陣，矩陣中的元素區間lu表示了第i個邊界對第j個豎孔中屯、位置的約束，因此，第j個豎孔 中屯、cj的優化約束區間為馬=η畝心.，則豎孔中屯、cj的位置為優化約束區間。的中屯、，則可 W準確計算豎孔中屯、C北勺空間坐標； 步驟4、計算豎孔中屯、像素坐標，利用黑白柵格角點提取和平均值法，計算豎孔中屯、的 像素坐標，具體包括W下子步驟： (a) 利用黑白柵格角點提取方法，獲取與豎孔中屯、直接相鄰的四個角點的 像素點坐標，在圖像坐標系[Oc; U，V]下依次記為(I,女叫勺，（,鳴勺，巧'); (b) 計算豎孔中屯、cj(l《j《14)的像素坐標(uj，vj)，印步驟5、 計算映射矩陣完成數據融合，利用相機針孔模型構建超定方程組，計算Ξ維激光點云與二 維圖像的映射矩陣，并利用該映射矩陣實現Ξ維激光點云與二維圖像的融合，具體包括W 下子步驟： (a) 根據相機針孔模型、空間旋轉矩陣、空間平移向量W及本發明利用直線激光點云進 行融合的特點，構建豎孔中屯、空間坐標與豎孔中屯、像素坐標的映射關系模型為，[R T] = [ri Γ2 Γ3 t]， 其中，s為相機放大系數，（u，v)為豎孔中屯、像素坐標，A為相機內參矩陣，[R Τ]為旋轉 矩陣R與平移矩陣Τ構成的外參矩陣，[ri Γ2 Γ3 t]為外參矩陣的列向量，（χ,Ο,ζ)為豎孔中 屯、空間坐標. (b) 對矩陣進行分塊計算，得到下列關系，其中，r功旋轉矩陣R的第一列，Γ3為旋轉矩陣R的第Ξ列，t為平移矩陣T的列向量； (C)進行計算，(d) 由矩陣相等原則，則有(e) 構建方程組，其表達形式為，(f) 選取14組豎孔中屯、空間坐標和像素坐標構建超定方程組，其中，F為28X9矩陣，構成了超定方程組的系數矩陣，利用最小二乘法求解該超定方程 組，即可得到映射矩陣H; (g) 在實時掃描拍攝Ξ維場景時，利用映射矩陣即可實時融合激光線點云和二維圖像， 獲取場景的Ξ維彩色點云。
【文檔編號】G06T5/50GK106097348SQ201610420484
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月13日 公開號201610420484.4, CN 106097348 A, CN 106097348A, CN 201610420484, CN-A-106097348, CN106097348 A, CN106097348A, CN201610420484, CN201610420484.4
【發明人】安毅, 熊宇聰, 劉倩倩, 韓瑋榮
【申請人】大連理工大學