[发明专利]基于多视角点云配准的岸线三维重建装置及方法

说明书

本发明提供基于多视角点云配准的岸线三维重建装置，包括二维激光传感器、旋转云台、控制平台和数据传输单元；二维激光传感器固定在旋转云台上，二维激光传感器以单线逐点扫描的同时，随旋转云台一起旋转；数据传输单元用于二维激光传感器、旋转云台与控制平台之间的数据传输；控制平台用于输出二维激光传感器的参数、旋转云台的旋转参数，利用二维激光传感器的采集数据，进行岸线三维重建。本发明利用旋转云台结合二维激光传感器采集岸线轮廓数据，利用相邻视角点的单视角点云数据，通过空间栅格切割点云包络空间，以每个栅格中的平均曲率为聚类标准，利用模糊c均值聚类方法提取属性相似的点云，并进行配准和校验，提高配准效率和精度。

技术领域

本发明涉及图形建模领域，具体涉及一种基于多视角点云配准的岸线三维重建装置及方法。

背景技术

岸线三维重建是指通过测绘方式获取岸线三维结构信息并重建岸线三维模型,为资源规划和决策辅助提供信息支持。常用的测绘采集数据方式有GPS测绘、航拍测绘和激光测绘等方式。GPS测绘难以在复杂的物体表面采集足够多的数据点，导致无法重建场景的细节。航拍测绘易受桥梁，防风林的影响，造成摄影盲区，影响重建模型的准确性。与上述方法相比，激光测绘具有高精度、高效率、扫描方式灵活的特点，重建后所得的高精度模型具有较高的实用价值。

目前，在三维重建的方面已取得了一些成果，例如已授权的专利CN102163342B，授权日为2012年7月4日，专利名称为“基于多尺度测量数据的果树形态结构三维重建方法”，公开了一种利用激光传感器重建果树形态结构的三维重建方法。首先利用自适应采样方法从点云中提取果树枝干的骨架，然后通过随机抽样获取幼枝和树叶的形态特征，并建立模板库，最后根据测量得到的冠层枝叶形态特征信息，利用模板库和果树枝干骨架模型重建果树的三维模型。在点云配准方面已取得一些成果，例如已授权的专利CN103020960B，授权日为2015年8月19日，专利名称为“基于凸包不变性的点云配准方法”，公开了一种基于凸包不变形的点云配准方法。首先利用最小凸多面体建立激光点云的凸包，并将凸包分解为一系列三角形，然后提取满足匹配条件的三角形，最后根据三角形的四个特征点实现点云配准。已公开的专利CN104143210A，申请日为2014年07月31日，专利名称为“一种多尺度法向特征点云配准方法”，公开了一种多尺度法向特征点云配准方法。该方法在相邻视角的点云中随机选取样本子集，通过计算距离子集中心不同尺度半径的法向量角度偏差和曲率，不断迭代直到法向量角度差值小于设定的阈值，从而求取重合区域，再利用奇异值分解求得位置关系矩阵，实现相邻视角点云配准。但该方法随机选取样本子集，导致搜寻样本子集所需时间较长。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种基于多视角点云配准的岸线三维重建装置及方法，提高ICP算法配准效率和精度。

本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种基于多视角点云配准的岸线三维重建装置，其特征在于：它包括数据采集单元、数据采集辅助单元、控制平台和数据传输单元；其中：

数据采集单元为二维激光传感器；

数据采集辅助单元包括旋转云台，所述的二维激光传感器固定在旋转云台上，二维激光传感器以单线逐点扫描的同时，随旋转云台一起以一定的速率旋转；

数据传输单元用于二维激光传感器、旋转云台与控制平台之间的数据传输；

控制平台用于输出二维激光传感器的参数、旋转云台的旋转参数，利用二维激光传感器的采集数据，进行岸线三维重建。

按上述装置，所述的数据传输单元由依次连接的串行通信模块、大比特率信号转换模块和以太网通信模块组成，二维激光传感器和旋转云台分别与串行通信模块连接，以太网通信模块与所述的控制平台通信。

按上述装置，所述的二维激光传感器的参数包括扫描距离、扫描角度及角度分辨率；旋转云台的旋转参数包括旋转范围与旋转速度。