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    重庆时时彩银联国际: 一种定量评价点云配准中标靶分布质量的方法.pdf

    关 键 词:
    一种 定量 评价 点云配准 中标 分布 质量 方法
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    摘要
    申请专利号:

    CN201710029647.0

    申请日:

    2017.01.16

    公开号:

    CN106683126A

    公开日:

    2017.05.17

    当前法律状态:

    实审

    有效性:

    审中

    法律详情: 实质审查的生效IPC(主分类):G06T 7/30申请日:20170116|||公开
    IPC分类号: G06T7/30(2017.01)I; G06K9/62 主分类号: G06T7/30
    申请人: 重庆大学
    发明人: 杨荣华; 游扬声; 潘蕾西兰; 万震; 方西南
    地址: 400044 重庆市沙坪坝区正街174号
    优先权:
    专利代理机构: 重庆百润洪知识产权代理有限公司 50219 代理人: 高姜
    PDF完整版下载: PDF下载
    法律状态
    申请(专利)号:

    CN201710029647.0

    授权公告号:

    |||

    法律状态公告日:

    2017.06.09|||2017.05.17

    法律状态类型:

    实质审查的生效|||公开

    摘要

    本发明公开了一种定量评价点云配准中标靶分布质量的方法,其实现步骤为:①判断标靶位置是否已知,若已知则转③,若未知则获取可布设标靶的备选位置;②从备选位置中选一种标靶布设方案;③计算其对应的rDOP值;④由rDOP值来评价标靶分布质量,其中rDOP值最小的方案为最佳布设方案;⑤判断扫描仪位置是否已知,若已知则转⑦,若未知则获取扫描仪架设的备选位置;⑥从备选位置中选择1个位置;⑦计算此位置对应的tDOP值;⑧由tDOP值来评价扫描仪架设质量,其中tDOP值最小的位置为最佳架设位置。本发明首次提出通过rDOP模型和tDOP模型定量评价标靶分布的好坏,以此来帮助用户确定标靶和扫描仪的最佳布设方案,克服目前仅凭经验布设的不确定性,该方法使用方便,可操作性强。

    权利要求书

    1.一种定量评价点云配准中标靶分布质量的方法,其特征在于:包括如下步骤:
    ①判断标靶位置是否已知,若已知则转第③步,若未知则继续;
    ②选择可布设标靶的备选位置,获取所有备选位置的坐标信息;
    ③确定标靶数和一种标靶布设方案,获取该方案下所有标靶的坐标信息;
    ④计算此标靶布设方案的rDOP值,并由rDOP值的大小判断标靶的分布质量,rDOP值的
    计算模型为
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    其中,Pr(k)为k个标靶的权矩阵,Ar(k)由标靶的坐标信息决定;
    ⑤循环第③~④步,计算所有方案的标靶分布质量评价值,从中找出rDOP值最小的方
    案,即为最佳标靶布设方案;
    ⑥判断扫描仪位置是否已知,若已知则转到第⑧步,若未知则继续;
    ⑦选择可架设扫描仪的备选位置,获取所有备选位置的坐标信息;
    ⑧确定一个扫描仪架设位置,获取该位置下的扫描仪坐标信息;
    ⑨计算此扫描仪架设位置的tDOP值,并由tDOP值的大小判断扫描仪架设位置的质量,
    tDOP值的计算模型为
    <mrow> <mi>t</mi> <mi>D</mi> <mi>O</mi> <mi>P</mi> <mo>=</mo> <msqrt> <mrow> <mi>t</mi> <mi>r</mi> <mrow> <mo>(</mo> <msubsup> <mi>H</mi> <mi>k</mi> <mrow> <mo>-</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msubsup> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </msqrt> </mrow>
    其中,Pt(k)为k个标靶的权矩阵,At(k)仅与标靶位置信息和扫描仪位
    置信息决定;
    ⑩循环第⑧~⑨步,计算所有扫描仪架设位置对应的质量评价值,从中找出tDOP值最
    小的位置,即为最佳扫描仪架设位置。
    2.根据权利要求1所述的一种定量评价点云配准中标靶分布质量的方法,其特征在于,
    在步骤④中,Ar(k)的计算公式如下:
    当获得的标靶位置信息为参考系和待配准系中的坐标信息时,Ar(k)的计算公式为
    <mrow> <msub> <mi>A</mi> <mrow> <mi>r</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>k</mi> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <mfenced open = "[" close = "]"> <mtable> <mtr> <mtd> <msub> <mi>&alpha;</mi> <mn>1</mn> </msub> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mo>.</mo> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mo>.</mo> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mo>.</mo> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <msub> <mi>&alpha;</mi> <mi>k</mi> </msub> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mo>,</mo> <msub> <mi>&alpha;</mi> <mi>j</mi> </msub> <mo>=</mo> <mfenced open = "[" close = "]"> <mtable> <mtr> <mtd> <mn>0</mn> </mtd> <mtd> <mrow> <mo>-</mo> <msub> <mi>&tau;</mi> <mrow> <mi>j</mi> <mi>z</mi> </mrow> </msub> </mrow> </mtd> <mtd> <msub> <mi>&tau;</mi> <mrow> <mi>j</mi> <mi>y</mi> </mrow> </msub> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <msub> <mi>&tau;</mi> <mrow> <mi>j</mi> <mi>z</mi> </mrow> </msub> </mtd> <mtd> <mn>0</mn> </mtd> <mtd> <mrow> <mo>-</mo> <msub> <mi>&tau;</mi> <mrow> <mi>j</mi> <mi>x</mi> </mrow> </msub> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <mo>-</mo> <msub> <mi>&tau;</mi> <mrow> <mi>j</mi> <mi>y</mi> </mrow> </msub> </mrow> </mtd> <mtd> <msub> <mi>&tau;</mi> <mrow> <mi>j</mi> <mi>x</mi> </mrow> </msub> </mtd> <mtd> <mn>0</mn> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mo>,</mo> <mfenced open = "[" close = "]"> <mtable> <mtr> <mtd> <msub> <mi>&tau;</mi> <mrow> <mi>j</mi> <mi>x</mi> </mrow> </msub> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <msub> <mi>&tau;</mi> <mrow> <mi>j</mi> <mi>y</mi> </mrow> </msub> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <msub> <mi>&tau;</mi> <mrow> <mi>j</mi> <mi>z</mi> </mrow> </msub> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mo>=</mo> <msubsup> <mi>p</mi> <mrow> <mi>j</mi> <mi>c</mi> </mrow> <mi>i</mi> </msubsup> <mo>+</mo> <msubsup> <mi>p</mi> <mrow> <mi>j</mi> <mi>c</mi> </mrow> <mrow> <mi>i</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msubsup> </mrow>
    当获得的标靶位置信息仅为参考系中的坐标信息时,Ar(k)的计算公式为
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    当获得的标靶位置信息仅为待配准系中的坐标信息时,Ar(k)的计算公式为
    <mrow> <msub> <mi>A</mi> <mrow> <mi>r</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>k</mi> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <mfenced open = "[" close = "]"> <mtable> <mtr> <mtd> <msub> <mi>&alpha;</mi> <mn>1</mn> </msub> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mo>.</mo> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mo>.</mo> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mo>.</mo> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <msub> <mi>&alpha;</mi> <mi>k</mi> </msub> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mo>,</mo> <msub> <mi>&alpha;</mi> <mi>j</mi> </msub> <mo>=</mo> <mfenced open = "[" close = "]"> <mtable> <mtr> <mtd> <mn>0</mn> </mtd> <mtd> <mrow> <mo>-</mo> <msub> <mi>&tau;</mi> <mrow> <mi>j</mi> <mi>z</mi> </mrow> </msub> </mrow> </mtd> <mtd> <msub> <mi>&tau;</mi> <mrow> <mi>j</mi> <mi>y</mi> </mrow> </msub> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <msub> <mi>&tau;</mi> <mrow> <mi>j</mi> <mi>z</mi> </mrow> </msub> </mtd> <mtd> <mn>0</mn> </mtd> <mtd> <mrow> <mo>-</mo> <msub> <mi>&tau;</mi> <mrow> <mi>j</mi> <mi>x</mi> </mrow> </msub> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <mo>-</mo> <msub> <mi>&tau;</mi> <mrow> <mi>j</mi> <mi>y</mi> </mrow> </msub> </mrow> </mtd> <mtd> <msub> <mi>&tau;</mi> <mrow> <mi>j</mi> <mi>x</mi> </mrow> </msub> </mtd> <mtd> <mn>0</mn> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mo>,</mo> <mfenced open = "[" close = "]"> <mtable> <mtr> <mtd> <msub> <mi>&tau;</mi> <mrow> <mi>j</mi> <mi>x</mi> </mrow> </msub> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <msub> <mi>&tau;</mi> <mrow> <mi>j</mi> <mi>y</mi> </mrow> </msub> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <msub> <mi>&tau;</mi> <mrow> <mi>j</mi> <mi>z</mi> </mrow> </msub> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mo>=</mo> <mn>2</mn> <msubsup> <mi>p</mi> <mrow> <mi>j</mi> <mi>c</mi> </mrow> <mrow> <mi>i</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msubsup> </mrow>
    式中,和由第j号标靶在参考系i和待配准系i+1中的位置和
    计算得到,其计算公式为
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    3.根据权利要求1所述的一种定量评价点云配准中标靶分布质量的方法,其特征在于:
    在步骤⑨中,At(k)的计算公式如下:
    当获得的扫描仪架设位置信息为参考系中的坐标信息时,At(k)的计算公式为
    <mrow> <msub> <mi>A</mi> <mrow> <mi>t</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>k</mi> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <mfenced open = "[" close = "]"> <mtable> <mtr> <mtd> <msub> <mi>&beta;</mi> <mn>1</mn> </msub> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mo>.</mo> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mo>.</mo> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mo>.</mo> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <msub> <mi>&beta;</mi> <mi>k</mi> </msub> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mo>=</mo> <mfenced open = "[" close = "]"> <mtable> <mtr> <mtd> <msub> <mi>l</mi> <mrow> <mn>1</mn> <mi>x</mi> </mrow> </msub> </mtd> <mtd> <msub> <mi>m</mi> <mrow> <mn>1</mn> <mi>y</mi> </mrow> </msub> </mtd> <mtd> <msub> <mi>l</mi> <mrow> <mi>k</mi> <mi>z</mi> </mrow> </msub> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mo>.</mo> </mtd> <mtd> <mo>.</mo> </mtd> <mtd> <mo>.</mo> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mo>.</mo> </mtd> <mtd> <mo>.</mo> </mtd> <mtd> <mo>.</mo> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mo>.</mo> </mtd> <mtd> <mo>.</mo> </mtd> <mtd> <mo>.</mo> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <msub> <mi>l</mi> <mrow> <mi>k</mi> <mi>x</mi> </mrow> </msub> </mtd> <mtd> <msub> <mi>m</mi> <mrow> <mi>k</mi> <mi>y</mi> </mrow> </msub> </mtd> <mtd> <msub> <mi>n</mi> <mrow> <mi>k</mi> <mi>z</mi> </mrow> </msub> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mo>,</mo> <msub> <mi>&beta;</mi> <mi>j</mi> </msub> <mo>=</mo> <mo>&lsqb;</mo> <mtable> <mtr> <mtd> <msub> <mi>l</mi> <mrow> <mi>j</mi> <mi>x</mi> </mrow> </msub> </mtd> <mtd> <msub> <mi>m</mi> <mrow> <mi>j</mi> <mi>y</mi> </mrow> </msub> </mtd> <mtd> <msub> <mi>n</mi> <mrow> <mi>j</mi> <mi>z</mi> </mrow> </msub> </mtd> </mtr> </mtable> <mo>&rsqb;</mo> <mo>=</mo> <mfenced open = "[" close = "]"> <mtable> <mtr> <mtd> <mfrac> <mrow> <msubsup> <mi>x</mi> <mi>j</mi> <mi>i</mi> </msubsup> <mo>-</mo> <msub> <mi>t</mi> <mrow> <mi>x</mi> <mn>0</mn> </mrow> </msub> </mrow> <msubsup> <mi>d</mi> <mrow> <mi>j</mi> <mn>0</mn> </mrow> <mi>i</mi> </msubsup> </mfrac> </mtd> <mtd> <mfrac> <mrow> <msubsup> <mi>y</mi> <mi>j</mi> <mi>i</mi> </msubsup> <mo>-</mo> <msub> <mi>t</mi> <mrow> <mi>y</mi> <mn>0</mn> </mrow> </msub> </mrow> <msubsup> <mi>d</mi> <mrow> <mi>j</mi> <mn>0</mn> </mrow> <mi>i</mi> </msubsup> </mfrac> </mtd> <mtd> <mfrac> <mrow> <msubsup> <mi>z</mi> <mi>j</mi> <mi>i</mi> </msubsup> <mo>-</mo> <msub> <mi>t</mi> <mrow> <mi>z</mi> <mn>0</mn> </mrow> </msub> </mrow> <msubsup> <mi>d</mi> <mrow> <mi>j</mi> <mn>0</mn> </mrow> <mi>i</mi> </msubsup> </mfrac> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> </mrow>
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    式中,(tx0,ty0,tz0)为备选扫描仪在参考系i中的架设位置;
    当获得的扫描仪架设位置信息为待配准系中的坐标信息时,At(k)的计算公式为
    <mrow> <msub> <mi>A</mi> <mrow> <mi>t</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>k</mi> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <mfenced open = "[" close = "]"> <mtable> <mtr> <mtd> <msub> <mi>&beta;</mi> <mn>1</mn> </msub> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mo>.</mo> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mo>.</mo> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mo>.</mo> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <msub> <mi>&beta;</mi> <mi>k</mi> </msub> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mo>=</mo> <mfenced open = "[" close = "]"> <mtable> <mtr> <mtd> <msub> <mi>l</mi> <mrow> <mn>1</mn> <mi>x</mi> </mrow> </msub> </mtd> <mtd> <msub> <mi>m</mi> <mrow> <mn>1</mn> <mi>y</mi> </mrow> </msub> </mtd> <mtd> <msub> <mi>l</mi> <mrow> <mi>k</mi> <mi>z</mi> </mrow> </msub> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mo>.</mo> </mtd> <mtd> <mo>.</mo> </mtd> <mtd> <mo>.</mo> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mo>.</mo> </mtd> <mtd> <mo>.</mo> </mtd> <mtd> <mo>.</mo> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mo>.</mo> </mtd> <mtd> <mo>.</mo> </mtd> <mtd> <mo>.</mo> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <msub> <mi>l</mi> <mrow> <mi>k</mi> <mi>x</mi> </mrow> </msub> </mtd> <mtd> <msub> <mi>m</mi> <mrow> <mi>k</mi> <mi>y</mi> </mrow> </msub> </mtd> <mtd> <msub> <mi>n</mi> <mrow> <mi>k</mi> <mi>z</mi> </mrow> </msub> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mo>,</mo> <msub> <mi>&beta;</mi> <mi>j</mi> </msub> <mo>=</mo> <mo>&lsqb;</mo> <mtable> <mtr> <mtd> <msub> <mi>l</mi> <mrow> <mi>j</mi> <mi>x</mi> </mrow> </msub> </mtd> <mtd> <msub> <mi>m</mi> <mrow> <mi>j</mi> <mi>y</mi> </mrow> </msub> </mtd> <mtd> <msub> <mi>n</mi> <mrow> <mi>j</mi> <mi>z</mi> </mrow> </msub> </mtd> </mtr> </mtable> <mo>&rsqb;</mo> <mo>=</mo> <mfenced open = "[" close = "]"> <mtable> <mtr> <mtd> <mfrac> <mrow> <msubsup> <mi>x</mi> <mi>j</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msubsup> <mo>-</mo> <msub> <mi>t</mi> <mrow> <mi>x</mi> <mn>0</mn> </mrow> </msub> </mrow> <msubsup> <mi>d</mi> <mrow> <mi>j</mi> <mn>0</mn> </mrow> <mrow> <mi>i</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msubsup> </mfrac> </mtd> <mtd> <mfrac> <mrow> <msubsup> <mi>y</mi> <mi>j</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msubsup> <mo>-</mo> <msub> <mi>t</mi> <mrow> <mi>y</mi> <mn>0</mn> </mrow> </msub> </mrow> <msubsup> <mi>d</mi> <mrow> <mi>j</mi> <mn>0</mn> </mrow> <mrow> <mi>i</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msubsup> </mfrac> </mtd> <mtd> <mfrac> <mrow> <msubsup> <mi>z</mi> <mi>j</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msubsup> <mo>-</mo> <msub> <mi>t</mi> <mrow> <mi>z</mi> <mn>0</mn> </mrow> </msub> </mrow> <msubsup> <mi>d</mi> <mrow> <mi>j</mi> <mn>0</mn> </mrow> <mrow> <mi>i</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msubsup> </mfrac> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> </mrow>
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    式中,(tx0,ty0,tz0)为备选扫描仪在参考系i+1中的架设位置。
    4.根据权利要求1所述的一种定量评价点云配准中标靶分布质量的方法,其特征在于:
    在步骤②中,需要人工从目标场景中选择适合布设标靶的位置,记为标靶布设的备选位置,
    备选位置信息与已有坐标系有关,当只有参考系或待配准系的场景扫描点云时,获取参考
    系或待配准系中标靶备选位置的坐标信息;当有两系的场景扫描点云时,同时获取两系中
    标靶备选位置的坐标信息。
    5.根据权利要求1和4所述的一种定量评价点云配准中标靶分布质量的方法,其特征在
    于:在步骤③中,需先确定用于待配准系的专用或自制标靶个数,再从m1个备选标靶位置中
    选择k个位置,作为标靶的一种布设方案,获取其相应的坐标信息。
    6.根据权利要求1所述的一种定量评价点云配准中标靶分布质量的方法,其特征在于:
    在步骤⑦中,需要人工从目标场景中选择适合架设扫描仪的位置,记为扫描仪架设的备选
    位置,备选位置信息与已有坐标系有关,当只有参考系或待配准系的场景扫描点云时,获取
    参考系或待配准系中扫描仪备选位置的坐标信息,当有两系的场景扫描点云时,只需获取
    其中任意一系下的备选位置坐标信息。
    7.根据权利要求1和6所述的一种定量评价点云配准中标靶分布质量的方法,其特征在
    于:在步骤⑧中,从m2个备选扫描仪架设位置中选择1个位置,作为扫描仪的一种架设方案,
    获取其相应的坐标信息。

    说明书

    一种定量评价点云配准中标靶分布质量的方法

    技术领域

    本发明属于三维激光扫描点云配准领域,具体涉及点云配准领域中标靶分布质量
    的定量评价方法。

    背景技术

    地面激光扫描技术可方便快速地获取目标的表面空间信息,其获取的信息密度和
    精度远高于传统的测绘技术,在逆向工程、文物扫描、测绘行业等领域被广泛应用。由于物
    体遮挡或扫描仪扫描范围限制,通常情况下,需要从不同方位多个测站扫描目标,才能获取
    目标的完整表面信息,而不同站获取的点云属于不同独立坐标系,在进行点云建模和分析
    前,需将所有的点云配准到统一坐标系,因此,点云配准研究一直是研究的热点和难点。

    点云配准的方法有无标靶点云配准和标靶点云配准,对于大范围复杂场景的点云
    配准,往往采用基于标靶的点云配准算法,其配准精度与配准模型、标靶分布、标靶特征提
    取精度等有关。目前众多学者在点云配准模型、标靶特征提取精度方法做了大量研究,而在
    标靶分布方面研究较少,仅获得一些经验性结论,而实际野外作业时,必须考虑标靶的分
    布,它不仅关系到作业效率,且会影响最终点云配准成果的精度。

    Reshetyuk(2009)、Gordon and Lichti(2004)、Harvey(2004)发现增加标靶个数
    能够提高配准的精度,并建议标靶均匀分布在重叠区,不要太近,也不要放在同一直线上;
    Fan et al(2015)采用模拟的方法证实配准误差大小与标靶数成反比,也与标靶至所有标
    靶几何中心的距离和成反比,且发现待配准系扫描仪的最佳架设位置为所有标靶的几何中
    心;虽然还有其他学者研究标靶分布与点云配准精度的关系,也取得了一些成果,但目前所
    有评价标靶分布质量的方法均依据经验,都是通过已有经验定性地大致描述不同标靶布设
    方案的好坏,无法给出一个定量明确的评价。

    在三维激光扫描技术应用中,我们急需一种定量评价点云配准中标靶分布质量的
    方法,如在已布设好标靶情况下,我们需要确定最佳的扫描仪设站位置,而所有标靶的几何
    中心往往无法架设任何设备;在已架设好扫描仪情况下,我们需要确定最佳的标靶布设位
    置,而众多布设方案凭经验无法判断其优劣;在标靶和扫描仪均未布设情况下,我们需要综
    合确定标靶和扫描仪的布设方案,所有这些均需要一个定量的评价模型才能解决,因此,研
    究定量评价点云配准中标靶分布质量的方法具有重要的实际意义。

    发明内容

    本发明要解决的技术问题是:提供一种定量评价点云配准中标靶分布质量的方
    法,克服现有理论和技术只能定性评价标靶分布质量,无法定量评价的不足。

    本发明为了解决上述技术问题所采取的技术思路是:先获取标靶和扫描仪的坐标
    信息,然后分别计算标靶分布和扫描仪架设位置的质量指标rDOP值和tDOP值,最后通过
    rDOP值和tDOP值的大小来定量评价标靶分布质量和扫描仪所选架设位置的质量,rDOP值和
    tDOP值越小,标靶分布质量越高,扫描仪所选架设位置越好。

    本发明一种定量评价点云配准中标靶分布质量的方法,包括如下步骤:

    ①判断标靶位置是否已知,若已知则转第③步,若未知则继续;

    ②选择可布设标靶的备选位置,获取所有备选位置的坐标信息;

    ③确定标靶数和一种标靶布设方案,获取该方案下所有标靶的坐标信息;

    ④计算此标靶布设方案的rDOP值,并由rDOP值的大小判断标靶的分布质量(这里
    rDOP值的计算由标靶的坐标信息和标靶的权阵决定),rDOP值的计算模型为


    其中,Pr(k)为k个标靶的权矩阵(通常情况下可取单位阵),
    Ar(k)由标靶的坐标信息决定;

    ⑤循环第③~④步,计算所有方案的标靶分布质量评价值,从中找出rDOP值最小
    的方案,即为最佳标靶布设方案;

    ⑥判断扫描仪位置是否已知,若已知则转到第⑧步,若未知则继续;

    ⑦选择可架设扫描仪的备选位置,获取所有备选位置的坐标信息;

    ⑧确定一个扫描仪架设位置,获取该位置下的扫描仪坐标信息;

    ⑨计算此扫描仪架设位置的tDOP值,并由tDOP值的大小判断扫描仪架设位置的质
    量(这里tDOP值的计算由标靶的坐标信息、扫描仪架设位置信息和标靶的权阵决定),tDOP
    值的计算模型为


    其中,Pt(k)为k个标靶的权矩阵,At(k)仅与标靶位置信息和扫
    描仪位置信息决定;

    ⑩循环第⑧~⑨步,计算所有扫描仪架设位置对应的质量评价值,从中找出tDOP
    值最小的位置,即为最佳扫描仪架设位置。

    进一步,优选的在步骤④中,Ar(k)的计算公式如下:

    当获得的标靶位置信息为参考系和待配准系中的坐标信息时,Ar(k)的计算公式为


    当获得的标靶位置信息仅为参考系中的坐标信息时,Ar(k)的计算公式为


    当获得的标靶位置信息仅为待配准系中的坐标信息时,Ar(k)的计算公式为


    式中,和由第j号标靶在参考系i和待配准系i+1中的位置和
    计算得到,其计算公式为



    进一步,优选的在步骤⑨中,At(k)的计算公式如下:

    当获得的扫描仪架设位置信息为参考系中的坐标信息时,At(k)的计算公式为



    式中,(tx0,ty0,tz0)为备选扫描仪在参考系i中的架设位置;

    当获得的扫描仪架设位置信息为待配准系中的坐标信息时,At(k)的计算公式为



    式中,(tx0,ty0,tz0)为备选扫描仪在参考系i+1中的架设位置。

    进一步,优选的在步骤②中,需要人工从目标场景中选择适合布设标靶的位置,记
    为标靶布设的备选位置(假设有m1个备选标靶布设位置),备选位置信息与已有坐标系有
    关,当只有参考系或待配准系的场景扫描点云时,获取参考系或待配准系中标靶备选位置
    的坐标信息;当有两系的场景扫描点云时,同时获取两系中标靶备选位置的坐标信息;

    进一步,优选的在步骤③中,需先确定用于待配准系的专用或自制标靶个数(假设
    有k个标靶用于待配准系的配准),再从m1个备选标靶位置中选择k个位置,作为标靶的一种
    布设方案,获取其相应的坐标信息;

    进一步,优选的在步骤⑦中,需要人工从目标场景中选择适合架设扫描仪的位置,
    记为扫描仪架设的备选位置(假设有m2个备选扫描仪架设位置),备选位置信息与已有坐标
    系有关,当只有参考系或待配准系的场景扫描点云时,获取参考系或待配准系中扫描仪备
    选位置的坐标信息,当有两系的场景扫描点云时,只需获取其中任意一系下的备选位置坐
    标信息;

    进一步,优选的在步骤⑧中,从m2个备选扫描仪架设位置中选择1个位置,作为扫
    描仪的一种架设方案,获取其相应的坐标信息。

    本发明与现有技术相比具有如下有点:

    第一,通过构建标靶分布质量和和扫描仪架设位置质量的评价模型rDOP和tDOP,
    定量获取不同布设方案的质量指标(rDOP值和tDOP值),解决了定量评价标靶分布质量模型
    从无到有的问题;

    第二,通过rDOP值来定量评价标靶分布的好坏,克服了现有评价方法完全依赖经
    验定性估计,无法明确指出“标靶分布的好坏程度”的缺点;并给出了“从所有可能的标靶布
    设方案中找出最佳标靶布设方案”的方法,即rDOP值最小的方案为最佳标靶布设方案,解决
    了现有评价方法无法找到最佳标靶布设方案的难题。

    第三,通过tDOP值来定量评价扫描仪架设位置的好坏,克服了现有评价方法完全
    依赖经验定性估计,无法明确指出“扫描仪架设位置的好坏程度”的缺点;并给出了“从所有
    可能的扫描仪架设方案中找出最佳扫描仪架设方案”的方法,即tDOP值最小的方案为最佳
    扫描仪架设方案,解决了现有评价方法无法找到最佳扫描仪架设方案的难题。

    附图说明

    图1为本发明rDOP值的计算流程图;

    图2为本发明tDOP值的计算流程图;

    图3为本发明定量评价点云配准中标靶分布质量的方法流程图。

    具体实施方式

    具体实施中,我们?;崤龅饺质导是榭?,下面将结合附图和实际情况,对本发明
    作进一步说明。

    实际情况1“标靶已固定,需确定待配准系扫描仪的最佳架设位置”

    按流程图2实施,计算扫描仪架设位置的tDOP值,找出tDOP值最小的位置为最佳扫
    描仪架设位置(对应上述步骤⑦~⑩),其计算tDOP值的详细步骤如下:

    首先,在目标场景点云中选择m2个备选扫描仪架设位置

    然后,从备选位置中选1个位置oj,作为扫描仪的一种架设方案,其坐标为(tx0,ty0,
    tz0);

    接着,由标靶的坐标信息、扫描仪架设位置和标靶权阵Pt(k)计算
    其中,Pt(k)通常情况下可取单位阵,At(k)仅与标靶的坐标信息有关,其
    计算公式分两种情况,即

    当坐标信息为参考系中坐标时,At(k)为



    当坐标信息为待配准系中坐标时,At(k)为



    最后,由“从所有备选方案中找出tDOP值最小的方案”,即为最佳扫描仪架设方案。

    实际情况2“待配准系扫描仪已架设,需确定标靶的最佳布设位置”

    按流程图1实施,计算布设标靶的rDOP值,找出rDOP值最小的位置为最佳标靶布设
    位置(对应上述步骤④~⑤),其计算rDOP值的详细步骤如下:

    首先,在目标场景点云中选择m1个备选标靶布设位置

    然后,从m1个备选标靶位置中选择k个标靶所布设的位置作为标靶的
    一种布设方案;

    最后,由标靶的坐标信息和标靶权阵Pr(k)计算其中,
    Pr(k)通常情况下可取单位阵,Ar(k)仅与标靶的坐标信息有关,其计算公式分三种情况,即

    当坐标信息为参考系和待配准系两系统中的坐标时,Ar(k)为


    当坐标信息仅为参考系中的坐标时,Ar(k)为


    当坐标信息仅为待配准系中的坐标时,Ar(k)为


    式中,和由第j号标靶在参考系i和待配准系i+1中的位置和
    计算得到,其计算公式为



    实际情况3“标靶和扫描仪位置均未知,需确定标靶和扫描仪的布设位置”

    按流程图1和图2综合实施,计算布设标靶的rDOP值,先找出rDOP值最小的标靶布
    设位置(对应上述步骤④~⑤),再计算布设标靶的tDOP值,找出tDOP值最小的位置为最佳
    标靶布设位置(对应上述步骤⑦~⑩),其详细步骤如下:

    首先,在目标场景点云中选择m1个备选标靶布设位置

    接着,从m1个备选标靶位置中选择k个标靶所布设的位置作为标靶的
    一种布设方案,并由此方案的标靶坐标信息和标靶权阵Pr(k),按上述公式(5)~(9)计算
    rDOP值,找出rDOP值最小的方案作为标靶的布设方案;

    然后,在目标场景点云中选择m2个备选扫描仪架设位置

    再接着,从备选位置中选1个位置oj,作为扫描仪的一种架设方案;

    最后,由标靶的坐标信息、扫描仪架设位置和标靶权阵Pt(k),按上述公式(1)~(4)
    计算tDOP值,找出tDOP值最小的方案作为扫描仪的架设方案。

    另外,需要说明的是,尽管本发明的实施方案已公开如上,但其并不仅仅限于说明
    书和实施方式中所列运用,它完全可以被其它相关领域,这对于熟悉本领域的人员而言,可
    容易地实现修改,因此,在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下,本发明并不限
    于特定的细节和这里示出的流程图。

    关于本文
    本文标题:一种定量评价点云配准中标靶分布质量的方法.pdf
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