一種基于中心投影的地面激光雷達反射強度圖像的生成方法技術

本發明專利技術公開了一種基于中心投影的地面激光雷達反射強度圖像的生成方法，包括如下步驟：步驟一、采用地面激光雷達獲取被測對象的激光點云；步驟二、將地面激光雷達的激光源作為投影中心，利用投影中心和激光點云的中心點確定出一條中心點投影射線，以垂直于該中心點投影射線且經過中心點的平面作為投影平面，激光點云在投影平面內投影得到相應投影點；步驟三、建立所有投影點的最小外包矩形和一矩形圖形，利用間距相同的格網劃分最小外包矩形和矩形圖形，且矩形圖形的任一網格單元在最小外包矩形中具有對應的網格單元；對于矩形圖形中的任一網格單元，利用最小外包矩形中距離最近的投影點的反射強度值轉換為灰度值并將該灰度值賦予該網格單元。

【技術實現步驟摘要】
一種基于中心投影的地面激光雷達反射強度圖像的生成方法
本專利技術涉及攝影測量和激光雷達
，特別涉及一種基于中心投影的地面激光雷達反射強度圖像的生成方法。
技術介紹
地面激光雷達點云數據與光學中心投影近景影像(以下簡稱近景影像)的自動配準是近些年的研究熱點與難點。地面激光雷達點云數據屬于三維的信息，而近景影像屬于二維信息。三維和二維之間的配準問題在一些情況下可以轉化為二維與二維的匹配，一般采用激光雷達點云反射強度圖像與近景影像直接進行匹配。激光點云的反射強度與被測物的材質、顏色、掃描角度、距離、反射特性、反射系數等相關，大部分車載、機載等激光掃描儀以線性掃描方式獲取點云數據，在排除儀器、環境等系統誤差和偶然誤差的影響外，根據其存儲數據的方式，以激光反射強度生成的強度圖像相對于近景影像(即在影像上看到的信息)變形較小。而地面激光雷達一般采用的是以激光雷達中心點為中心的球面投影方式獲取數據，若直接以存儲數據的方式依據激光反射強度生成圖像，將會使得生成的圖像較之于真實的近景影像有較大的變形。球面投影影像和平面投影影像之間的差異較大，特別對于近距離、高角度的對象，這一差異增大了地面激光雷達反射強度圖像與近景影像的自動匹配的難度，故需要尋找一種方法降低這種差異性，以增加兩種異源圖像之間匹配的準確性和可靠性。
技術實現思路
本專利技術的目的之一是提供一種地面激光雷達反射強度圖像的生成方法；本專利技術的另一目的是提供一種基于中心投影的地面激光雷達反射強度圖像的生成方法，降低地面激光雷達反射強度圖像與近景影像差異性，使這兩種非同源圖像數據自動匹配準確度和可靠性更佳。本專利技術提供的技術方案為：一種基于中心投影的地面激光雷達反射強度圖像的生成方法，包括如下步驟：步驟一、數據采集：使用地面激光雷達獲取待掃描物的激光點云；步驟二、中心投影：將地面激光雷達的激光源作為投影中心，利用所述投影中心和所述激光點云的中心點確定出一條中心點投影射線，以垂直于所述中心投影射線且經過所述中心點的平面作為投影平面，由所述投影中心和所述激光點云中的點形成的投影射線與所述投影平面相交生成相應投影點；依照本專利技術的方法選擇的投影平面是與激光點云最佳符合的平面，這樣可以使點云投到投影平面上的相對位置準確，不會發生偏移；如果使用激光點云中的除中心點以外的點與投影中心確定出的另外的投影平面，將會造成投影不準確，導致投影點的錯位。步驟三、反射強度圖像生成：步驟(1)、建立所有投影點的最小外包矩形，利用格網劃分所述最小外包矩形；步驟(2)、建立一矩形圖形，利用格網劃分所述矩形圖形，所述矩形圖形與最小外包矩形具有相同的格網間距，且所述矩形圖形的任一網格單元在所述最小外包矩形中具有對應的網格單元；步驟(3)、計算所述矩形圖形中所有網格單元的灰度值，其中，對于所述矩形圖形中的任一網格單元，利用所述最小外包矩形中距離對應網格單元最近的投影點的反射強度值計算灰度值，將該灰度值賦予矩形圖形中的網格單元。優選的是，所述的基于中心投影的地面激光雷達反射強度圖像的生成方法中，所述步驟一中，所述激光點云位于地面激光雷達儀器坐標系內，該坐標系是以地面激光雷達的激光源中心為坐標原點，Y軸為儀器在初始化時的固定方向，Z軸豎直向上并垂直于Y軸，X軸垂直于YOZ平面，其正方向由右手螺旋法則確定；所述步驟(1)中，以所述最小外包矩形的一個頂點為原點、以該頂點對應的兩個邊分別為橫軸OX和縱軸OY、以垂直于XOY平面為Z軸方向建立一投影平面空間直角坐標系O-XYZ，并使所有投影點均位于第一卦限內，將所有投影點由所述地面激光雷達儀器坐標系變換至所述投影平面空間直角坐標系下，在所有的投影點中，計算最大和最小的橫坐標值的差值，計算最大和最小的縱坐標值的差值；所述步驟(2)中，建立一個與投影平面空間直角坐標系完全重合的像平面坐標系，在所述像平面坐標系內建立矩形圖形時，以橫坐標的差值的整數值為所述矩形圖形的寬，以縱坐標的差值的整數值為所述矩形圖形的高，其中，所述矩形圖形的一個頂點與所述像平面坐標系的原點重合，該頂點對應的兩個邊分別為像平面坐標系的橫軸和縱軸重合，以使所述矩形圖形位于第一象限內。這里所說的橫坐標的差值的整數值實際上為[橫坐標的差值/采樣間隔]+1，[]括號中的數值取整，同理，縱坐標的差值的整數值為[縱坐標的差值/采樣間隔]+1，[]括號中的數值也取整，以此兩個數值分別作為矩形圖形的寬和高，然后將矩形圖形利用點云采樣間隔為間距的格網劃分，而同時被劃分的最小外包矩形由于其寬和高的距離不一定是采樣間隔的整數倍，所以最小外包矩形在沿橫軸和縱軸方向遠離原點的兩側可能會出現不是完整的一個格網的情況，但是，此時，仍使用這些可能不是完整的格網中的投影點，當使用鄰域搜索算法進行灰度值的計算時，仍將投影點的反射強度轉化為灰度值后賦予矩形圖形相應的格網單元中，最終生成反射強度圖像。優選的是，所述的基于中心投影的地面激光雷達反射強度圖像的生成方法中，所述格網間距為所述地面激光雷達的采樣間距。優選的是，所述的基于中心投影的地面激光雷達反射強度圖像的生成方法中，所述步驟(3)中，對于所述最小外包矩形中任一網格單元，距離最近的投影點通過鄰域搜索方法計算得到。優選的是，所述的基于中心投影的地面激光雷達反射強度圖像的生成方法中，所述步驟(1)中，在進行任一投影點的坐標變換時，先計算橫軸OX和縱軸OY軸在所述地面激光雷達儀器坐標系下的空間直線方程，再計算投影點到橫軸和縱軸的距離X和Y，則該投影點在投影平面空間直角坐標系O-XYZ內的坐標為(X，Y，0)。優選的是，所述的基于中心投影的地面激光雷達反射強度圖像的生成方法中，所述步驟二中，在所述地面激光雷達儀器坐標系內，所述投影平面的具體計算過程為：利用由所述投影中心(x0，y0，z0)向所述中心點(xd，yd，zd)形成中心點投影射線，并計算出該投影射線所在的空間直線方程：利用所述中心點投影射線空間直線方程和所述中心點(xd，yd，zd)計算出所述投影平面的方程式：(xd-x0)(x-xd)+(yd-y0)(y-yd)+(zd-z0)(z-zd)＝0。優選的是，所述的基于中心投影的地面激光雷達反射強度圖像的生成方法中，所述步驟二中，任一投影點的具體計算過程為：首先利用由所述投影中心(x0，y0，z0)向所述激光點云中的任一點(xA，yA，zA)形成投影射線，并計算出經過該點的投影射線在所在地面激光雷達儀器坐標系的空間直線方程：然后計算經過該點的投影射線與所述投影平面的交點(xj，yj，zj)，該交點為投影點。本專利技術的有益效果為：1、本專利技術將激光點云以中心投影的方式投影到一個投影平面上并生成激光反射強度圖像，使得激光雷達反射強度圖像與近景影像的投影方式更加接近，這樣進行匹配時能匹配上的點更多；2、通過本專利技術方法進行兩種非同源圖像數據的匹配時，不僅大大提高了匹配的點對數量而且也提高了匹配可靠性，在一定程度上解決了非同源圖像數據的匹配問題；3、通過本專利技術方法生成的地面激光雷達反射強度圖像與近景影像匹配得到的匹配點對可以為本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于中心投影的地面激光雷達反射強度圖像的生成方法，其特征在于，包括如下步驟：步驟一、數據采集：采用地面激光雷達獲取被測對象的激光點云；步驟二、中心投影：將地面激光雷達的激光源作為投影中心，利用所述投影中心和所述激光點云的中心點確定出一條中心點投影射線，以垂直于所述中心點投影射線且經過所述中心點的平面作為投影平面，由所述投影中心和所述激光點云中的點形成的投影射線與所述投影平面相交得到相應投影點；步驟三、反射圖像生成：步驟(1)、建立所有投影點的最小外包矩形，利用格網劃分所述最小外包矩形；步驟(2)、建立一矩形圖形，利用格網劃分所述矩形圖形，所述矩形圖形與最小外包矩形具有相同的格網間距，且所述矩形圖形的任一網格單元在所述最小外包矩形中具有對應的網格單元；步驟(3)、計算所述矩形圖形中所有網格單元的灰度值，其中，對于所述矩形圖形中的任一網格單元，利用所述最小外包矩形中距離對應網格單元最近的投影點的反射強度值計算灰度值，將該灰度值賦予矩形圖形中的網格單元。

【技術特征摘要】
1.一種基于中心投影的地面激光雷達反射強度圖像的生成方法，其特征在于，包括如下步驟：步驟一、數據采集：采用地面激光雷達獲取被測對象的激光點云；步驟二、中心投影：將地面激光雷達的激光源作為投影中心，利用所述投影中心和所述激光點云的中心點確定出一條中心點投影射線，以垂直于所述中心點投影射線且經過所述中心點的平面作為投影平面，由所述投影中心和所述激光點云中的點形成的投影射線與所述投影平面相交得到相應投影點；步驟三、反射圖像生成：步驟(1)、建立所有投影點的最小外包矩形，利用格網劃分所述最小外包矩形；步驟(2)、建立一矩形圖形，利用格網劃分所述矩形圖形，所述矩形圖形與最小外包矩形具有相同的格網間距，且所述矩形圖形的任一網格單元在所述最小外包矩形中具有對應的網格單元；步驟(3)、計算所述矩形圖形中所有網格單元的灰度值，其中，對于所述矩形圖形中的任一網格單元，利用所述最小外包矩形中距離對應網格單元最近的投影點的反射強度值計算灰度值，將該灰度值賦予矩形圖形中的網格單元；所述步驟二中，在所述地面激光雷達儀器坐標系內，所述投影平面的具體計算過程為：利用所述中心點(xd,yd,zd)和所述投影中心(x0,y0,z0)計算出中心點投影射線所在的空間直線方程：利用所述空間直線方程和所述中心點(xd,yd,zd)計算出所述投影平面的方程式：(xd-x0)(x-xd)+(yd-y0)(y-yd)+(zd-z0)(z-zd)＝0；任一投影點的具體計算過程為：首先利用所述投影中心(x0,y0,z0)和所述激光點云中的任一點(xA,yA,zA)計算出經過該點的投影射線所在的空間直線方程：然后...

【專利技術屬性】
技術研發人員：胡春梅，王晏民，李天爍，
申請(專利權)人：北京建筑大學，
類型：發明
國別省市：北京;11