[发明专利]任意曲面镜反射的激光扫描数据获取与解算方法

说明书

本发明属于测绘技术领域，公开了任意曲面镜反射的激光扫描数据获取与解算方法，先对曲面镜进行预扫描，拟合曲面镜，并解算预定位的旋转矩阵；然后将曲面镜放置在作业空间的死角处，通过三维激光扫描仪对物体进行扫描，将得到的激光点云扫描数据进行分离，获得定位的点云坐标，解算定位的旋转矩阵；进行空间坐标转换，将定位的点云坐标转换到预定位的空间坐标中，解算曲面镜反射激光点云中激光像点对应的物体上的物点点云坐标，配准合成得到物体的完整点云。本发明解决了现有技术中扫描对象非直视区域出现点云数据缺失和空洞的问题，能够得到物体的完整点云。

技术领域

本发明涉及测绘技术领域，尤其涉及任意曲面镜反射的激光扫描数据获取与解算方法。

背景技术

由于国家对文化遗产保护的重视，越来越多的高新技术投入其中，包括利用激光扫描技术进行三维重建工作。激光扫描技术是高精度三维重建的重要手段，能够获取精度优于2mm的对象表面密集点云，在精密测量、虚拟地理环境、文物保护及虚拟现实等方面应用广泛。扫描对象的完整性是高精度三维重建的基本要求，为了保证对象数据尽可能完整，目前常用方法是：多站扫描和多种扫描仪联合扫描。然而对结构复杂且不可移动的对象，如石窟寺、古建筑、雕塑等进行扫描时，往往因为作业空间受限、遮挡严重等问题造成扫描死角，在扫描对象非直视区域出现点云数据缺失和空洞等问题。

发明内容

本申请实施例通过提供任意曲面镜反射的激光扫描数据获取与解算方法，解决了现有技术中由于作业空间受限、遮挡严重等问题造成扫描死角进而使扫描对象非直视区域出现点云数据缺失和空洞的问题。

本申请实施例提供任意曲面镜反射的激光扫描数据获取与解算方法，包括以下步骤：

S1、对曲面镜进行预扫描，获得曲面镜的点云数据，根据所述曲面镜的点云数据对曲面镜进行拟合，获得拟合曲面方程；

S2、根据所述拟合曲面方程，预解算曲面镜的镜面位置与姿态，获得第一旋转矩阵进行预定位；

S3、将曲面镜放置在作业空间的死角处；

S4、将三维激光扫描仪放置在与曲面镜保持通视的位置，通过三维激光扫描仪对物体进行扫描，获得激光点云扫描数据；

S5、将所述激光点云扫描数据分离为直视表面区域点云、镜面定位圈区域点云、镜面反射区域点云三个部分的定位的点云坐标；

S6、根据所述镜面定位圈区域点云，解算曲面镜的镜面位置与姿态，获得第二旋转矩阵进行定位；

S7、利用步骤S2中预定位的所述第一旋转矩阵和S6中定位的所述第二旋转矩阵，将步骤S5中三个部分的定位的点云坐标转换到预定位的空间坐标中；

S8、根据空间坐标转换后的直视表面区域点云、空间坐标转换后的镜面反射区域点云，解算曲面镜反射激光点云中激光像点对应的物体上的物点点云坐标；

S9、将空间坐标转换后的直视表面区域点云与解算得到的所述曲面镜反射激光点云中激光像点对应的物体上的物点点云坐标进行配准合成，得到物体的完整点云。

优选的，所述步骤S1中，对曲面镜进行预扫描前，对曲面镜进行预加工，撒粉覆盖曲面镜的表面，使曲面镜不易发生反射。

优选的，所述步骤S2中，利用曲面镜周围的漫反射圈，解算出所述第一旋转矩阵。

优选的，所述步骤S3中，将曲面镜固定在一个可多角度旋转移动的支架上。

优选的，所述步骤S4中，通过三维激光扫描仪对物体进行扫描时，调整曲面镜的角度进行多次扫描。

优选的，所述步骤S6中，利用曲面镜周围的漫反射圈，解算出所述第二旋转矩阵。

优选的，所述步骤S8具体为：