CN106228596B - 三维激光点云生成方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种三维激光点云生成方法及装置，所述方法包括：接收用户导入的激光点云位置和姿态数据及待处理的激光点云数据；接收用户设置的对所述待处理的激光点云数据进行数据处理的操作；对所述待处理的激光点云数据进行数据处理得到预设格式的三维激光点云，并将所述三维激光点云中每个激光脚点的坐标转换到大地坐标系。上述方法具有接收数据格式广、功能更多、更加智能、方便及能提高用户的使用体验等特点。

Description

三维激光点云生成方法及装置

技术领域

本发明涉及遥感数据处理技术领域，具体而言，涉及一种三维激光点云生成方法及装置。

背景技术

通过遥感技术获得的原始激光点云数据是后缀为PCAP格式的数据，现有的遥感数据处理软件不支持对后缀为PCAP格式的数据的处理。同时现有的遥感数据处理软件功能比较单一，如果需要将原始激光点云数据转换为三维激光点云还需要使用其它的软件来实现。现有的遥感数据处理软件的上述缺点严重影响用户的使用体验。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供一种三维激光点云生成方法及装置，以解决现有遥感数据处理软件存在的接受数据格式受限、功能单一及用户体验较差的问题。

为了实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案如下：

第一方面，本发明实施例提供一种三维激光点云生成方法，所述方法包括：

接收用户导入的激光点云位置和姿态数据及待处理的激光点云数据；

接收用户设置的对所述待处理的激光点云数据进行数据处理的操作；

对所述待处理的激光点云数据进行数据处理得到预设格式的三维激光点云，并将所述三维激光点云中每个激光脚点的坐标转换到大地坐标系。

进一步地，所述接收用户设置的用于对所述待处理的激光点云数据进行数据处理的操作的步骤具体包括以下步骤：

选择导航坐标系；

设置扫描仪坐标系、惯性测量装置坐标系及所述导航坐标系之间的旋转关系，将所述扫描仪坐标系与所述惯性测量装置坐标系下的坐标统一转换到所述导航坐标系下；

对所述扫描仪与所述惯性测量装置之间的夹角以及激光配置参数进行设定。

进一步地，在上述的方法中，所述扫描仪与所述惯性测量装置之间的夹角包括翻滚角、俯仰角及航向角，所述激光配置参数包括选择使用的扫描线、角度范围、初始角度值、覆盖角度范围值、距离范围及输出设置。

进一步地，在上述方法中，所述待处理的激光点云数据的数据格式为PCAP格式，所述预设格式的三维激光点云的数据格式为LAS格式。

进一步地，上述方法还包括：将生成的三维激光点云存放在设定的文件夹中，其中，所述设定的文件夹与所述待处理的激光点云数据所在的文件夹处于同级目录下。

第二方面，本发明实施例提供一种三维激光点云生成装置，所述三维激光点云生成装置包括：

数据导入模块，用于接收用户导入的激光点云位置和姿态数据及待处理的激光点云数据；

设置模块，用于接收用户设置的对所述待处理的激光点云数据进行数据处理的操作；

生成装置，用于对所述待处理的激光点云数据进行数据处理得到预设格式的三维激光点云，并将所述三维激光点云中每个激光脚点的坐标转换到大地坐标系。

进一步地，在上述装置中，所述设置模块包括：

选择子模块，用于选择导航坐标系；

坐标系转换模块，用于设置扫描仪坐标系、惯性测量装置坐标系及所述导航坐标系之间的旋转关系，将所述扫描仪坐标系与所述惯性测量装置坐标系下的坐标统一转换到所述导航坐标系下；

参数设置子模块，用于对所述扫描仪与所述惯性测量装置之间的夹角以及激光配置参数进行设定。

进一步地，在上述装置中，所述扫描仪与所述惯性测量装置之间的夹角包括翻滚角、俯仰角及航向角，所述激光配置参数包括选择使用的扫描线、角度范围、初始角度值、覆盖角度范围值、距离范围及输出设置。

进一步地，在上述装置中，所述待处理的激光点云数据的数据格式为PCAP格式，所述预设格式的三维激光点云的数据格式为LAS格式。

进一步地，上述装置还包括存储模块，用于将生成的三维激光点云存放在设定的文件夹中，其中，所述设定的文件夹与所述待处理的激光点云数据所在的文件夹处于同级目录下。

本发明实施例提供的三维激光点云生成方法及装置，导入采集的激光点云位置和姿态数据及待处理的激光点云数据；设置对所述待处理的激光点云数据进行数据的操作，其中所述操作包括坐标系旋转关系的设置及激光配置参数的设置；所述导入数据根据相关设置进行数据处理转换为LAS格式的三维激光点云，所述三维激光点云中每个激光脚点的坐标采用大地坐标系下的三维坐标表示。上述方法及装置具有接收数据格式广、功能多、更智能、方便及能提高用户的使用体验等特点。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对本发明保护范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本发明实施例所述提供的运行三维激光点云生成方法或者装置的用户终端的硬件结构示意图。

图2是本发明第一实施例提供的三维激光点云生成方法的具体流程示意图。

图3是本发明第一实施例提供的对坐标系进行相应设置的用户交互界面图。

图4是本发明第一实施例提供的对激光配置参数进行相应设置的用户交互界面图。

图5是本发明第二实施例提供的三维激光点云生成装置的功能模块框图。

主要元件符号说明

用户终端	100
		三维激光点云生成装置	110
存储器	111
		存储控制器	112
处理器	113
		外设接口	114
输入输出单元	115
		显示单元	117
通信单元	119
		数据导入模块	1101
设置模块	1102
		选择子模块	11021
坐标系转换模块	11022
		参数设置子模块	11023
生成模块	1103
		存储模块	1104

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，是本发明较佳实施例提供运行三维激光点云生成方法或装置的用户终端100的硬件结构图，所述用户终端100包括三维激光点云生成装置110、存储器111、存储控制器112、处理器113、外设接口114、输入输出单元115、显示单元117以及通信单元119。

所述存储器111、存储控制器112、处理器113、外设接口114、输入输出单元115、显示单元117以及通信单元119各元件相互之间直接或间接地电性连接，以实现数据的传输或交互。例如，这些元件相互之间可通过一条或多条通讯总线或信号线实现电性连接。所述三维激光点云生成装置110包括至少一个可以软件或固件(firmware)的形式存储于所述存储器111中或固化在所述用户终端100的操作系统(operating system，OS)中的软件功能模块。所述存储器111存储有所述用户终端100通过外设接口114(比如，通过USB接口插入U盘)或者通过通信单元119进行无线通信获得的激光点云位置和姿态数据、激光点云数据。所述处理器113用于执行所述存储器111中存储的可执行模块，例如所述三维激光点云生成装置110所包括的软件功能模块及计算机程序等。

其中，所述存储器111可以是，但不限于，随机存取存储器(Random AccessMemory，RAM)，只读存储器(Read Only Memory，ROM)，可编程只读存储器(ProgrammableRead-Only Memory，PROM)，可擦除只读存储器(Erasable Programmable Read-OnlyMemory，EPROM)，电可擦除只读存储器(Electric Erasable Programmable Read-OnlyMemory，EEPROM)等。其中，存储器111用于存储程序或者数据，比如采集的激光点云数据均存储在存储器111中，所述处理器113在接收到执行指令后，执行所述程序。所述通信单元119用于通过所述网络获得采集的激光点云数据。

所述处理器113可以是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。上述的处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、网络处理器(NetworkProcessor，NP)等；还可以是数字信号处理器(DSP))、专用集成电路(ASIC)、现成可编程门阵列(FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

所述外设接口114将各种输入/输出装置(例如输入输出单元115及显示单元117)耦合至所述处理器113以及所述存储器111。在一些实施例中，外设接口114，处理器113以及存储控制器112可以在单个芯片中实现。在其他一些实例中，他们可以分别由独立的芯片实现。

所述输入输出单元115用于提供给用户输入数据实现用户与所述用户终端100的交互。所述输入输出单元115可以是，但不限于，鼠标和键盘等所述显示单元117在所述用户终端100与用户之间提供一个交互界面(例如用户操作界面)或用于显示对所述激光点云数据进行数据处理的操作界面。在本实施例中，所述显示单元117可以是液晶显示器或触控显示器。若为触控显示器，其可为支持单点和多点触控操作的电容式触控屏或电阻式触控屏等。支持单点和多点触控操作是指触控显示器能感应到来自该触控显示器上一个或多个位置处产生的触控操作，并将该感应到的触控操作交由处理器进行计算和处理。

第一实施例

请参照图2，是本发明第一实施例提供的应用于图1所示的用户终端100的三维激光点云生成方法。下面将对图2所示的具体流程和步骤进行详细阐述，具体如下。

步骤S111，接收用户导入的激光点云位置和姿态数据及待处理的激光点云数据。

在本实施例中，用户导入的数据包括采用定位定向系统(Position andOrientation System)采集的表征激光点云的位置与姿态数据(简称POS数据)，及通过激光扫描仪扫描获得的激光点云数据。其中，所述激光点云数据为后缀为PCAP格式或者其它格式的数据，优选地，所述激光点云数据为后缀为PCAP格式的数据。

在本实施例中，所述激光点云的位置数据可以包括激光点云中各个激光脚点在所述激光扫描仪坐标系下的具体坐标，所述激光点云的姿态数据可以包括翻滚角、俯仰角及航向角等。

步骤S112，接收用户设置的对所述待处理的激光点云数据进行数据处理的操作。

请参照图3，在本实施例中，对所述待处理的激光点云数据进行数据处理的操作可以在图3所示的交互界面中完成。当然应当理解的是上述交互界面仅仅是为了便于描述该步骤给出的示意，并不构成对本申请技术方案的限定。同时步骤S112可以包括子步骤S1121、子步骤S1122及子步骤S1123。

子步骤S1121，选择导航坐标系。

请再次参照图3，在本实施例中交互界面提供两种形式的导航坐标系供用户选择，即NED坐标系及ENU坐标系。其中，NED(North East Down)坐标系，即北-东-地坐标系，简称为n坐标系，在导航时根据导航坐标系工作的需要而选取的用于导航结算的参考坐标系。ENU坐标系，即东-北-天坐标系，主要用于需了解以观察者为中心的其他物体间的运动规律，如接收机可见GPS卫星的视角、方位角及距离等，需要用到该坐标系。在本实施例中，用户可以根据实际需要对上述两种坐标系进行灵活的选择。

子步骤S1122，设置扫描仪坐标系、惯性测量装置坐标系及所述导航坐标系之间的旋转关系，将所述扫描仪坐标系与所述惯性测量装置坐标系下的坐标统一转换到所述导航坐标系下。

在本实施例中，首先建立激光扫描仪坐标系与所述惯性测量装置坐标系(以下简称IMU坐标系)之间的旋转关系。具体地，找到激光扫描仪坐标系的原点在所述IMU坐标系中的坐标，以此建立两个坐标系之间的旋转关系。同理地，再将IMU坐标系与所述导航坐标系之间建立旋转关系，如此在三个不同的坐标系下输入的坐标值经过上述坐标系之间的旋转关系设置后就能统一到所述导航坐标系下，从而可以得到激光点云数据中各个激光脚点对大地定向的坐标。

子步骤S1123，对所述扫描仪与所述惯性测量装置之间的夹角以及激光配置参数进行设定。

激光扫描仪与所述惯性测量装置在安装时，不可能使两者能安装到完全平行，为此，用户需要对表征所述激光扫描仪与所述惯性测量装置之间安装误差的三个夹角进行设定。所述三个夹角分别是翻滚角(Roll)、俯仰角(Pitch)及航向角(Heading)，具体地，用户设置界面可以参照图3。

所述待处理的激光点云数据包括激光扫描仪在飞行过程中获取的全部数据。然而在实际需求时往往只需要全部数据中的一部分数据，为此，还需要对激光配置参数进行设定。在本实施例中，所述激光配置参数包括，但不限于选择使用的扫描线、角度范围、初始角度值、覆盖角度范围值、距离范围及输出设置等，其中，所述输出设置可以包括：按层输出及缩放强度显示。其中，若按层输出的选项被勾选，则处理出来的LAS格式点云数据将分别存于不同的层，如1到16层；如果不勾选，则默认存于其中一层。若缩放强度显示的选项被勾选，按比例缩放激光强度显示；如一般这款扫描仪获取的数据强度显示的值是0-125之间，勾选后将0-125之间的值按比例缩放成0-255之间显示。具体的参数选择界面可以参照图4(图4未给出输出设置的相关选项)。通过上述参数设置后可以得到用户感兴趣的激光点云数据。

当然在本实施例中，所述激光配置参数还可以包括其它参数(比如，激光扫描仪的固定方法)的设置。

步骤S113，对所述待处理的激光点云数据进行数据处理得到预设格式的三维激光点云，并将所述三维激光点云中每个激光脚点的坐标转换到大地坐标系。

在本实施例中，所述待处理的激光点云数据根据用户设置的坐标关系、检校值及激光配置等得到预设格式的三维激光点云。具体地，所述三维激光点云中每一个激光脚点的坐标都是采用大地坐标系下的坐标表示的。所述得到的三维激光点云的数据格式为后缀LAS格式的数据。同时，基于时间同步求解还可以得到单个激光脚点的激光数据和位置姿态数据。

在本实施例中，生成的三维激光点云数据会存放在设定的文件夹中。其中，所述设定的文件夹与所述待处理的激光点云数据所在的文件夹处于同级目录下。同时，用户设定的参数也可以随着转换为LAS格式的三维激光点云数据输出时保存在后缀为.xml格式的文件存放在所述设定的文件夹中。当下一次使用时可以直接对上述格式的文件进行读取调用。

本实施提供的三维激光点云生成方法，能将待处理的PCAP格式的原始激光点云数据转换为LAS格式的三维激光点云数据，同时还可以每个激光脚点的坐标从激光扫描仪坐标系转换到大地坐标系，方便用户对转换后的三维激光点云数据进行分析。

第二实施例

请参照图5，是本发明实施例提供的图1所示的用户终端100的三维激光点云生成装置110的功能模块框图。所述三维激光点云生成装置110用于执行第一实施例中的步骤。所述三维激光点云生成装置110包括：数据导入模块1101，设置模块1102及生成模块1103。

所述数据导入模块1101，用于接收用户导入的激光点云位置和姿态数据及待处理的激光点云数据。

在本实施例中，用户导入的数据包括采用定位定向系统(Position andOrientation System)采集的表征激光点云的位置与姿态的POS数据，及通过激光扫描仪扫描获得的激光点云数据。其中，所述激光点云数据为后缀为PCAP格式的数据。

第一实施例中的步骤S111所描述的过程可以由本实施例中的数据导入模块1101执行并实现。

所述设置模块1102，用于接收用户设置的对所述待处理的激光点云数据进行数据处理的操作。

在本实施例中，所述设置模块1102可以包括以下子模块。

选择子模块11021，用于选择导航坐标系。

坐标系转换模块11022，用于设置扫描仪坐标系、惯性测量装置坐标系及所述导航坐标系之间的旋转关系，将所述扫描仪坐标系与所述惯性测量装置坐标系下的坐标统一转换到所述导航坐标系下。

参数设置子模块11023，用于对所述扫描仪与所述惯性测量装置之间的夹角以及激光配置参数进行设定。

其中，所述扫描仪与所述惯性测量装置之间的夹角包括翻滚角、俯仰角及航向角，所述激光配置参数包括选择使用的扫描线、角度范围、初始角度值、覆盖角度范围值及距离范围。

第一实施例中的步骤S112所描述的过程可以由本实施例中的设置模块1102执行并实现。

所述生成模块1103，用于对所述待处理的激光点云数据进行数据处理得到预设格式的三维激光点云，并将所述三维激光点云中每个激光脚点的坐标转换到大地坐标系。

第一实施例中的步骤S113所描述的过程可以由本实施例中的生成模块1103执行并实现。

请参照图5，在本实施例中，进一步地，所述三维激光点云生成装置110还可以包括存储模块1104。

所述存储模块1104用于将生成的三维激光点云存放在设定的文件夹中，其中，所述设定的文件夹与所述待处理的激光点云数据所在的文件夹处于同级目录下。

综上所述，本发明实施例提供的三维激光点云生成方法及装置，导入采集的激光点云位置和姿态数据及待处理的激光点云数据；设置对所述待处理的激光点云数据进行数据的操作，其中所述操作包括坐标系旋转关系的设置及激光配置参数的设置；所述导入数据根据相关设置进行数据处理转换为LAS格式的三维激光点云，所述三维激光点云中每个激光脚点的坐标采用大地坐标系下的三维坐标表示。上述方法及装置具有接收数据格式广、功能多、更智能、方便及能提高用户的使用体验等特点。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。

所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护之内。因此，本发明的保护应所述以权利要求的保护为准。

Claims (2)

1.一种三维激光点云生成方法，其特征在于，包括：步骤S111，

接收用户导入的激光点云位置和姿态数据及待处理的激光点云数据；

用户导入的激光点云位置包括采用定位定向系统采集的表征激光点云的位置，所述激光点云数据是通过激光扫描仪扫描获得的激光点云数据，所述激光点云数据为后缀为PCAP格式的数据；

所述姿态数据包括翻滚角、俯仰角及航向；

步骤S112，接收用户设置的对所述待处理的激光点云数据进行数据处理的操作；

子步骤S1121，选择导航坐标系；

所述导航坐标系包括北-东-地NED坐标系和东-北-天ENU坐标系；

子步骤S1122，设置扫描仪坐标系、惯性测量装置坐标系及所述导航坐标系之间的旋转关系，将所述扫描仪坐标系与所述惯性测量装置坐标系下的坐标统一转换到所述导航坐标系下；

首先建立激光扫描仪坐标系与所述惯性测量装置IMU坐标系之间的旋转关系，找到激光扫描仪坐标系的原点在所述IMU坐标系中的坐标，以此建立两个坐标系之间的旋转关系，再将IMU坐标系与所述导航坐标系之间建立旋转关系，在三个不同的坐标系下输入的坐标值经过上述坐标系之间的旋转关系设置后统一到所述导航坐标系下，得到激光点云数据中各个激光脚点对大地定向的坐标；

子步骤S1123，对所述激光扫描仪与所述惯性测量装置之间的夹角以及激光配置参数进行设定；

所述激光配置参数包括扫描线、角度范围、初始角度值、覆盖角度范围值、距离范围及输出设置，所述输出设置包括按层输出及缩放强度显示；

步骤S113，对所述待处理的激光点云数据进行数据处理得到预设格式的三维激光点云，并将所述三维激光点云中每个激光脚点的坐标转换到大地坐标系；

所述三维激光点云中每一个激光脚点的坐标都是采用大地坐标系下的坐标表示，得到的所述三维激光点云的数据格式为后缀LAS格式的数据；

生成的所述三维激光点云数据会存放在设定的文件夹中，所述设定的文件夹与所述待处理的激光点云数据所在的文件夹处于同级目录下。

2.一种三维激光点云生成装置，其特征在于，包括：数据导入模块1101，设置模块1102及生成模块1103；

所述数据导入模块1101，用于接收用户导入的激光点云位置和姿态数据及待处理的激光点云数据；

用户导入的激光点云位置包括采用定位定向系统采集的表征激光点云的位置，所述激光点云数据是通过激光扫描仪扫描获得的激光点云数据，所述激光点云数据为后缀为PCAP格式的数据；所述姿态数据包括翻滚角、俯仰角及航向；

所述设置模块1102，用于接收用户设置的对所述待处理的激光点云数据进行数据处理的操作；

所述设置模块1102包括以下子模块；

选择子模块11021，用于选择导航坐标系；

所述导航坐标系 包括北-东-地NED坐标系和东-北-天ENU坐标系；

坐标系转换模块11022，用于设置扫描仪坐标系、惯性测量装置坐标系及所述导航坐标系之间的旋转关系，将所述扫描仪坐标系与所述惯性测量装置坐标系下的坐标统一转换到所述导航坐标系下；

参数设置子模块11023，用于对所述扫描仪与所述惯性测量装置之间的夹角以及激光配置参数进行设定；

其中，所述扫描仪与所述惯性测量装置之间的夹角包括翻滚角、俯仰角及航向角，所述激光配置参数包括选择使用的扫描线、角度范围、初始角度值、覆盖角度范围值及距离范围；

所述生成模块1103，用于对所述待处理的激光点云数据进行数据处理得到预设格式的三维激光点云，并将所述三维激光点云中每个激光脚点的坐标转换到大地坐标系；

所述三维激光点云生成装置110还包括存储模块1104；

所述存储模块1104用于将生成的三维激光点云存放在设定的文件夹中，其中，所述设定的文件夹与所述待处理的激光点云数据所在的文件夹处于同级目录下。