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《华南理工大学》 2017年
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基于机载LiDAR点云与影像配准的真彩色点云生成技术

黄志安  
【摘要】:近年来,随着机载激光扫描测量技术的快速发展,其在数字城市、灾害监测、海岸工程、林业调查等方面具有广阔的应用前景。然而,该技术只能获取目标物体的离散三维空间坐标和反射强度信息,并不具备获取物体真实纹理信息的能力。而随着数字成像技术与图像传感器的快速发展,获取高清可见光图像并不是难题,与之对应的图像处理和融合技术在机器视觉、遥感航拍领域获得广泛的应用。图像带有的目标物体纹理信息与激光扫描技术获取的三维信息形成互补。本文基于机载激光扫描测量技术与航拍影像技术,设计与实现了一套机载LiDAR系统,并且对三维点云数据与影像数据的配准融合算法展开研究,最终获得带有真实纹理信息的三维真彩色点云图像。首先,本文基于嵌入式技术设计与实现了一套高自主性、高精度的机载LiDAR系统。该系统搭载在小型无人机上,实现了激光扫描数据,航拍影像数据,姿态数据和全球定位数据的实时同步采集,使用获取的数据在地面站上进行LiDAR点云的生成、滤波和显示。其次,本文详细分析了Li DAR点云的生成原理与相机的成像模型,并且从点云拼接、点云正射投影、航拍正射影像和图像拼接几个方面阐述了点云与影像的数据预处理技术。最后为了获得真彩色三维点云,本文设计了两种点云数据与航拍影像的配准融合算法。针对扫描仪与相机固定安装的情况,设计了基于人工反射标志的激光扫描仪与相机联合标定方法,通过解算激光扫描仪坐标系与相机坐标系之间的外部变换关系,实现了两者在空间上的同步。对于不具备标定条件的情况,设计了一种基于图像配准的算法,使用点云正射投影图像与航拍拼接正射影像进行配准,获得三维点云坐标与影像像素坐标的映射关系,从而实现点云与影像之间的配准融合。此外,本文结合实际飞行扫描实验,利用本文设计的机载LiDAR系统实地采集数据,并在真实数据的基础上对配准融合算法进行验证,对最终的结果进行分析。本文设计的LiDAR系统与配准融合算法经过实验验证,具有平稳性和实用性。
【学位授予单位】:华南理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:P225.2

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