CN112712466A - 三维点云拼接方法、装置及电子设备 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例公开了一种三维点云拼接方法、装置及电子设备，所述方法包括：获取点云数据，点云数据包括参考站点云及拼接站点云；在参考站点云和拼接站点云中确定一对同名点；根据一对同名点对参考站点云和拼接站点云进行粗拼接处理，获得粗拼接转换参数；根据精拼接算法对粗拼接转换参数进行处理，获得精拼接转换参数；再根据精拼接转换参数对拼接站点云进行旋转和平移，获得精拼接后的点云。本申请实现仅选取一对同名点便可完成点云拼接，降低了对选点的要求，提高了点云拼接的效率。
Description
技术领域
本申请涉及数据处理技术领域，尤其涉及一种三维点云拼接方法、装置及电子设备。
背景技术
三维激光扫描技术具有无接触、全天候、效率高的特点，在三维建模、变形监测和地形测绘等多个领域都有广阔的应用场景。但是在实际作业的过程中，由于扫描仪受视场限制、障碍物遮挡等原因，需要多个测量站进行多角度扫描才能获得被扫描物体的完整数据。
其中三维激光扫描仪通常使用其内部坐标系统，扫描仪的每个测站都独立进行工作，不同测站的扫描仪坐标系存在差异，为了使不同测站点云形成一个整体，需要对不同测站的点云进行旋转和平移变换，而点云拼接(又称点云匹配)就是求解相邻两个测站点云之间的坐标转换参数。
现有技术中点云拼接依据是否存在人工干预，分为人工配准和自动配准两种方式。其中，人工配准是通过建立同名点进行配准，但是至少需要三对同名点才能实现配准，同时对选点要求高，效率低下；自动配准是通过算法从点云中自动提取特征，利用这些特征实现点云配准，可其稳定性较人工配准也存在一定差距，而且不同场景的适应性较差。
发明内容
有鉴于此，本申请的目的之一在于提供一种三维点云拼接方法、装置及电子设备，能够实现仅选取一对同名点便可完成点云拼接，降低了对选点的要求，提高了点云拼接的效率。
第一方面，本申请实施例提供了一种三维点云拼接方法，包括：
获取点云数据，所述点云数据包括参考站点云及拼接站点云，所述参考站点云与所述拼接站点云由至少一个经粗略整平和/或包括倾角补偿装置的三维激光扫描设备获得；
响应用户选取操作，在所述参考站点云和所述拼接站点云中确定一对同名点；
根据所述一对同名点对所述参考站点云和所述拼接站点云进行粗拼接处理，获得粗拼接转换参数，所述粗拼接转换参数包括X轴平移参数、Y轴平移参数、Z轴平移参数、X轴旋转参数、Y轴旋转参数、Z轴旋转参数，所述X轴平移参数、Y轴平移参数和Z轴平移参数分别表征所述拼接站点云向参考站点云转换拼接的在X、Y、Z轴方向上点云数据的平移距离差异，所述X轴旋转参数、Y轴旋转参数和Z轴旋转参数分别表征所述拼接站点云向参考站点云转换拼接的在X、Y、Z轴方向上的旋转角度差异，所述X、Y、Z轴相互垂直，所述Z轴为垂直方向，所述Y轴朝向所述三维激光扫描设备的零度方向；
根据精拼接算法对所述粗拼接转换参数进行处理，获取精拼接转换参数；
根据所述精拼接转换参数对所述拼接站点云进行旋转和平移，获得精拼接后的点云数据。
在一种可能的实现方式中，根据所述一对同名点对所述参考站点云和所述拼接站点云进行粗拼接处理，获得所述粗拼接转换参数的步骤，包括：
至少一个所述三维激光扫描设备内置有电子罗盘；
分别获取采集所述参考站点云和所述拼接站点云时至少一个三维激光扫描设备中的两份电子罗盘数据；
根据两份所述电子罗盘数据的差值确定所述粗拼接转换参数中的所述Z轴旋转参数；
根据所述一对同名点的点云数据及所述Z轴旋转参数，求解获得所述粗拼接转换参数中的其他参数。
在一种可能的实现方式中，根据所述一对同名点对所述参考站点云和所述拼接站点云进行粗拼接处理，获得所述粗拼接转换参数的步骤，包括：
根据预先设置角度间隔对备选Z轴旋转参数的角度变化区间进行等间隔采样，获得n组所述备选Z轴旋转参数的角度值，得到n组备选粗拼接旋转参数；
将所述一对同名点依次与所述n组备选粗拼接旋转参数组合，并将所述同名点位于拼接站的点坐标进行旋转变换，得到所述同名点位于拼接站的点坐标在旋转变换后的点坐标，将所述同名点位于参考站的点坐标同所述同名点位于拼接站的点坐标在旋转变换后的点坐标作差，得到n组备选粗拼接平移参数，将所述n组备选粗拼接旋转参数同所述n组备选粗拼接平移参数组合，得到n组备选粗拼接转换参数；
对所述参考站点云和所述拼接站点云进行采样处理，并根据所述n组备选粗拼接转换参数及采样后的所述参考站点云和所述拼接站点云，获得所述粗拼接转换参数；
其中，所述n为大于1且不大于180的整数，所述角度变化区间为0°至360°之间。
在一种可能的实现方式中，对所述参考站点云和所述拼接站点云进行采样处理，并根据所述n组备选粗拼接转换参数及采样后的所述参考站点云和所述拼接站点云，获得所述粗拼接转换参数，还包括：
对所述参考站点云和所述拼接站点云进行下采样处理，获得减少数据量后的第一拼接站点云和第一参考站点云；
根据所述n组备选粗拼接转换参数分别对所述第一拼接站点云进行旋转变换和平移变换，获得第二拼接站点云，采集所述第一参考站点云中距离所述第二拼接站点云中每个点最近的点作为对应点，获得第二参考站点云；
根据预先存储的距离阈值，分别采集所述第二参考站点云及所述第二拼接站点云中所述对应点中点距离小于所述距离阈值的点，作为第一点数目，依据距离由小到大对所述第二参考站点云和所述第二拼接站点云中的对应点进行排序，并分别采集排序后所述第二参考站点云和所述第二拼接站点云中部分点云，作为第二点数目；
判断得出所述第一点数目和所述第二点数目中更大的一方，作为第三参考站点云和第三拼接站点云。
在一种可能的实现方式中，在判断得出第一点数目和第二点数目中更大的一方，作为第三参考站点云和第三拼接站点云的步骤之后，方法还包括：
将所述第三参考站点云和所述第三拼接站点云中所述对应点的距离的平均值作为所述n组备选粗拼接转换参数的备选拼接误差，得到与所述n组备选粗拼接转换参数对应的n组备选拼接误差；
对所述n组备选拼接误差进行滤波处理，得到滤波后的n组备选拼接误差；
采集所述滤波后的n组备选拼接误差为最小值时对应所述n组备选粗拼接转换参数中的一组，作为粗拼接转换参数。
在一种可能的实现方式中，所述根据精拼接算法对所述粗拼接转换参数进行处理，获取精拼接转换参数的步骤，包括：
将所述粗拼接转换参数作为所述精拼接算法的初始值，通过所述精拼接算法对所述粗拼接转换参数进行处理，获得精拼接转换参数；
所述精拼接算法包括迭代最近点算法或正态分布变换算法。
在一种可能的实现方式中，所述根据精拼接算法对所述粗拼接转换参数进行处理，获取精拼接转换参数之后，所述方法还包括：
获取所述精拼接算法自动识别的同名点，并将所述自动识别的同名点的点位误差作为精拼接误差，根据预先设置的精拼接误差阈值，判断所述精拼接误差与所述精拼接误差阈值的大小关系；
若所述精拼接误差大于所述精拼接误差阈值，重新求解所述粗拼接转换参数；
若所述精拼接误差小于所述精拼接误差阈值，则完成迭代处理。
第二方面，本申请实施例提供了一种三维点云拼接装置，所述装置包括点云获取模块、点云选取模块、粗拼接计算模块、精拼接计算模块和点云拼接模块：
所述点云获取模块，用于获取点云数据，包括参考站点云及拼接站点云，所述参考站点云与所述拼接站点云处于粗略整平或倾角较小的状态；
所述点云选取模块，用于响应用户选取操作，在所述参考站点云和所述拼接站点云中确定一对同名点；
所述粗拼接计算模块，用于根据所述一对同名点对所述参考站点云和所述拼接站点云进行粗拼接处理，获得粗拼接转换参数，所述粗拼接转换参数包括X轴平移参数、Y轴平移参数、Z轴平移参数、X轴旋转参数、Y轴旋转参数、Z轴旋转参数，所述X轴平移参数、Y轴平移参数和Z轴平移参数分别表征所述拼接站点云向参考站点云转换拼接的在X、Y、Z轴方向上点云数据的平移距离差异，所述X轴旋转参数、Y轴旋转参数和Z轴旋转参数分别表征所述拼接站点云向参考站点云转换拼接的在X、Y、Z轴方向上的旋转角度差异，所述X、Y、Z轴相互垂直，所述Z轴为垂直方向，所述Y轴朝向三维激光扫描设备的零度方向；
所述精拼接计算模块，用于根据精拼接算法对所述粗拼接转换参数进行处理，获取精拼接转换参数；
所述点云拼接模块，用于根据所述精拼接转换参数对所述拼接站点云进行旋转和平移，获得精拼接后的点云数据。
第三方面，本申请实施例提供了一种电子设备，所述电子设备包括机器可读存储介质及处理器，所述机器可读存储介质上存储有指令，所述电子设备包括第二方面的三维点云拼接装置。
第四方面，本申请实施例提供了一种机器可读存储介质，所述机器可读存储介质上存储有指令，该指令用于执行第一方面的方法。
相对于现有技术而言，本申请具有以下有益效果：
本申请实施例提供的三维点云拼接方法，用至少一个经粗略整平和/或包括倾角补偿装置的三维激光扫描设备获取包括参考站点云及拼接站点云的点云数据，并在所述参考站点云和所述拼接站点云中确定一对同名点，然后根据所述一对同名点对所述参考站点云和所述拼接站点云进行粗拼接处理，获得粗拼接转换参数，再通过精拼接算法进行处理，获取精拼接转换参数，并根据所述精拼接转换参数对所述拼接站点云进行旋转和平移，获得精拼接后的点云数据。本申请通过选取一对同名点便可求得粗拼接转换参数，进而根据计算获得的精拼接转换参数便可以实现对点云的旋转和平移，降低了对选点的要求，同时提高了点云拼接的效率。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，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申请的某些实施例，因此不应被看作是对本申请保护范围的限定。在各个附图中，类似的构成部分采用类似的编号，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示出了本申请实施例提供的一种电子设备的结构示意图；
图2示出了本申请实施例提供的一种三维点云拼接方法流程图；
图3示出了本申请实施例提供的一种三维点云拼接装置的功能模块示意图；
图4示出了本申请实施例提供的拼接站和参考站拼接前房屋建筑点云图；
图5示出了本申请实施例提供的拼接站和参考站粗拼接后房屋建筑点云图；
图6示出了本申请实施例提供的拼接站和参考站粗拼接后罗马柱点云图(全局图)；
图7示出了本申请实施例提供的拼接站和参考站粗拼接后罗马柱点云图(底部细节图)；
图8示出了本申请实施例提供的拼接站和参考站精拼接后房屋建筑点云图；
图9示出了本申请实施例提供的拼接站和参考站精拼接后罗马柱点云图(全局图)；
图10示出了本申请实施例提供的拼接站和参考站精拼接后罗马柱点云图(底部细节图)。
图标：电子设备100；三维点云拼接装置110；存储器120；处理器130；点云获取模块111；点云选取模块112；粗拼接计算模块113；粗拼接计算模块114和点云拼接模块115。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。
通常在此处附图中描述和示出的本申请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申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
在下文中，可在本申请的各种实施例中使用的术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。
此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本申请的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本申请的各种实施例中被清楚地限定。
现有技术中点云拼接依据是否存在人工干预，分为人工配准和自动配准两种方式。其中，人工配准是通过建立同名点进行配准，但是至少需要三对同名点才能实现配准，同时对选点要求高，效率低下；自动配准是通过算法从点云中自动提取特征，利用这些特征实现点云配准，可其稳定性较人工配准也存在一定差距，而且不同场景的适应性较差。基于此，本申请提供了一种三维点云拼接方法、装置及电子设备，能够实现仅选取一对同名点便可完成点云拼接，降低了对选点的要求，提高了点云拼接的效率。
请参照图1，图1电子设备100的方框示意图。所述电子设备100包括三维点云拼接装置110、机器可读存储介质120及处理器130。
所述机器可读存储介质120及处理器130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。所述三维点云拼接装置110包括至少一个可以软件或固件(firmware)的形式存储于所述机器可读存储介质120中或固化在所述电子设备100的操作系统(operatingsystem，OS)中的软件功能模块。所述处理器130用于执行所述机器可读存储介质120中存储的可执行模块，例如所述三维点云拼接装置110所包括的软件功能模块及计算机程序等。
其中，所述机器可读存储介质120可以是，但不限于，随机存取存储器(RandomAccess Memory，RAM)，只读存储器(Read Only Memory，ROM)，可编程只读存储器(Programmable Read-Only Memory，PROM)，可擦除只读存储器(Erasable ProgrammableRead-Only Memory，EPROM)，电可擦除只读存储器(Electric Erasable ProgrammableRead-Only Memory，EEPROM)等。其中，机器可读存储介质120用于存储程序，所述处理器130在接收到执行指令后，执行所述程序。
所述处理器130可能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，简称CPU)、网络处理器(Network Processor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(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申请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。
请参照图2，图2为应用于图1所示的电子设备100的一种三维点云拼接方法的流程图，以下将对所述方法包括各个步骤进行详细阐述。
步骤S110，获取点云数据，所述点云数据包括参考站点云及拼接站点云，所述参考站点云与所述拼接站点云由至少一个经粗略整平或包括倾角补偿装置的三维激光扫描设备获得。
具体地，由于参考站点云及拼接站点云均是至少一个经粗略整平和/或包括倾角补偿装置的三维激光扫描设备获得，所述三维激光扫描设备可以自动进行倾角补正或者对没有倾角补偿装置的三维激光扫描设备进行粗略整平即可，这样，在粗拼接处理的过程，X轴旋转参数和Y轴旋转参数可认为等于零，求解的旋转参数只有Z轴旋转参数。
步骤S120，响应用户选取操作，在所述参考站点云和所述拼接站点云中确定一对同名点。
步骤S130，根据所述一对同名点对所述参考站点云和所述拼接站点云进行粗拼接处理，获得粗拼接转换参数。
其中，所述粗拼接转换参数包括X轴平移参数、Y轴平移参数、Z轴平移参数、X轴旋转参数、Y轴旋转参数、Z轴旋转参数，所述X轴平移参数、Y轴平移参数和Z轴平移参数分别表征所述拼接站点云向参考站点云转换拼接的在X、Y、Z轴方向上点云数据的平移距离差异，所述X轴旋转参数、Y轴旋转参数和Z轴旋转参数分别表征所述拼接站点云向参考站点云转换拼接的在X、Y、Z轴方向上的旋转角度差异，所述X、Y、Z轴相互垂直，所述Z轴为垂直方向，所述Y轴朝向三维激光扫描设备的零度方向。
步骤S140，根据精拼接算法对所述粗拼接转换参数进行处理，获取精拼接转换参数。
在本实施例中，将所述粗拼接转换参数作为精拼接转换参数的初始值，通过精拼接算法计算获得精拼接转换参数。
步骤S150，根据所述精拼接转换参数对所述拼接站点云进行旋转和平移，获得精拼接后的点云数据。
基于上述设计，在本实施例中，通过由至少一个经粗略整平和/或包括倾角补偿装置的三维激光扫描设备采集包括参考站点云及拼接站点云的点云数据，并在其中确定出一对同名点，然后根据一对同名点对所述参考站点云和所述拼接站点云进行粗拼接处理，获得粗拼接转换参数，最后经过精拼接处理，获得精拼接转换参数，并对拼接站点云进行旋转和平移即可完成点云的拼接。其中，在粗拼接处理的过程，X轴旋转参数和Y轴旋转参数可认为等于零，故在粗拼接的过程中，需要求解的旋转参数中仅有Z轴旋转参数。如此，便可实现仅选取一对同名点便可完成点云拼接，降低了对选点的要求，提高了点云拼接的效率。
在一种可能的实现方式中，用于采集所述参考站点云及拼接站点云的三维激光扫描设备可以具有电子罗盘，所述电子罗盘可以获取经所述三维激光扫描设备扫描获取的包括所述参考站点云和所述拼接站点云的点云数据。在这种情况下，在步骤S130中可以直接通过获取电子罗盘的数据就可以确定所述Z轴旋转参数，再配合所述一对同名点确定所述粗拼接转换参数。具体地，步骤S130可以包括以下子步骤。
子步骤S201，分别获取采集所述参考站点云和所述拼接站点云时至少一个三维激光扫描设备中的两份电子罗盘数据。
子步骤S202，根据两份所述电子罗盘数据的差值确定所述粗拼接转换参数中的所述Z轴旋转参数。
子步骤S203，根据一对同名点的点云数据及所Z轴旋转参数，求解获得粗拼接旋转参数中的其他参数，得到粗拼接转换参数。
在一些场景中，可能存在无法使用电子罗盘或其他设备直接获取点云数据的情况，需要通过其他途径例如计算的方式得到所述粗拼接转换参数。
因此，在另一种可能的实现方式中，步骤S130可以包括以下子步骤。
子步骤S301，根据预先设置的角度间隔对备选Z轴旋转参数的角度变化区间进行等间隔采样，获得n组所述备选Z轴旋转参数的角度值，得到n组备选粗拼接旋转参数。
由于三角函数的周期性，备选Z轴旋转参数的变化区间可以确定为(0°，360°)，并根据预设角度间隔d对其进行等间隔采样，此处预设角度间隔d可取大于1、小于360且使得
为整数。
在本实施例中，取预设角度间隔d为3°，n表征获得的Z轴旋转参数的组数。在步骤S130中已指出在粗拼接旋转参数的求解中，仅需求解Z轴旋转参数，ωx和ωy为零，将n组备选Z轴旋转参数ωzi分别与ωx和ωy组合，得到n组备选粗拼接旋转参数(ωx,ωy,ωzi)，其中i＝1,2,3,…,n。
需要注意的是，在本实施例中，用ωz表征Z轴旋转参数，ωx表征X轴旋转参数，ωy表征Y轴旋转参数，ωzi表征n组备选Z轴旋转参数，ωxi表征n组备选X轴旋转参数，ωyi表征n组备选Y轴旋转参数。
子步骤S302，将所述一对同名点依次与所述n组备选粗拼接旋转参数组合，并将所述同名点位于拼接站的点坐标进行旋转变换，计算得到n组备选粗拼接平移参数，同所述n组备选旋转参数组合，得到n组备选粗拼接转换参数。
具体地，将所述同名点位于拼接站的点坐标进行旋转变换，三个旋转变换矩阵如式(1-2)、(1-3)、(1-4)所示得到所述同名点位于拼接站的点坐标在旋转变换后的点坐标，将所述同名点位于参考站的点坐标同所述同名点位于拼接站的点坐标在旋转变换后的点坐标作差，得到与n组备选旋转参数(ωx,ωy,ωzi)相对应的n组备选粗拼接平移参数(Xi,Yi,Zi)，将二者组合，得到n组备选粗拼接转换参数(Xi,Yi,Zi,ωx,ωy,ωzi)，其中i＝1,2,3,…,n。
子步骤S303，对所述参考站点云和所述拼接站点云进行采样处理，并根据所述n组备选粗拼接转换参数及采样后的所述参考站点云和所述拼接站点云，获得所述粗拼接转换参数。其中，n为大于1且不大于180的整数，角度变化区间为0°至360°之间。
可选地，在本实施例中，可以先对所述参考站点云和所述拼接站点云进行采样处理，获得减少数据量后的第一拼接站点云和第一参考站点云。
接着，根据所述n组备选粗拼接转换参数分别对所述第一拼接站点云进行旋转变换和平移变换，获得第二拼接站点云，采集所述第一参考站点云中距离所述第二拼接站点云中每个点最近的点作为对应点，获得第二参考站点云。
其中，根据所述n组备选粗拼接转换参数(Xi,Yi,Zi,ωx,ωy,ωzi)分别对所述第一拼接站点云进行旋转、平移变换，获得第二拼接站点云，坐标变换过程如下：
式中，R1(ωx)表征X轴旋转参数的旋转矩阵，R2(ωy)表征Y轴旋转参数的旋转矩阵，R3(ωz)表征Z轴旋转参数的旋转矩阵，
表征第一拼接站点云的旋转参数的转置，
表征第二拼接站点云。
在获得所述第二参考站点云和所述第二拼接站点云后，可以将第二拼接站点云和第二参考站点云进一步缩小，获得第三拼接站点云和第三参考站点云。
具体地，在本实施例中，预先存储的距离阈值取1.5米，根据所述预先存储的距离阈值，分别采集所述第二参考站点云及所述第二拼接站点云中的对应点中的点距离小于距离阈值的点，作为第一点数目，依据距离由小到大对所述第二参考站点云和所述第二拼接站点云中的对应点进行排序，并分别采集排序后第二参考站点云和排序后第二拼接站点云中部分点云，作为第二点数目，判断得出所述第一点数目和所述第二点数目中更大的一方，作为第三参考站点云和第三拼接站点云。
具体地，所述第二点数小于所述第一点数目，可选地，所述第二点数目可分别为所述排序后第二参考站点云和所述排序后第二拼接站点云中前四分之一至四分之三的点云数目。
然后，根据所述第三参考站点云和所述第三拼接站点云计算获得所述粗拼接转换参数。
将所述第三参考站点云和所述第三拼接站点云中对应点的距离的平均值L作为所述n组备选粗拼接转换参数的备选拼接误差，得到与所述n组备选粗拼接转换参数对应的n组备选拼接误差Li，其中i＝1,2,3,…,n，对所述n组备选拼接误差进行滤波处理，得到n组滤波后的备选拼接误差L′i，其中i＝1,2,3,…,n，并采集所述n组滤波后的备选拼接误差L′i为最小值时对应的所述备选n组粗拼接转换参数中的那一组，作为粗拼接转换参数(X0,Y0,Z0,ω0,ω0,ω0)。
为了更直观地观察本实施例所带来的效果，下面进行附图说明。
图4为拼接站和参考站点云未进行粗拼接处理点云截图，其中深色为参考站点云，浅色为拼接站点云，从图5可以看出在进行粗拼接以后，参考站点云和拼接站点云已经实现整体初步配准(或拼接)，但是从图6至图7可以看出，粗拼接处理后拼接站点云靠站点云依然存在分离现象，在地物细节处并未实现完全精确的配准。
在一种可能的实现方式中，在步骤S140中，可以将所述粗拼接转换参数作为精拼接算法的初始值，通过所述精拼接算法对所述粗拼接转换参数进行处理，获得所述精拼接转换参数。
所述精拼接算法包括迭代最近点算法或正态分布变换算法。
其中，在获取所述精拼接转换参数之后，具体包括以下步骤：
获取所述精拼接算法自动识别的同名点，并将所述自动识别的同名点的点位误差作为精拼接误差，本实施例取预先设置的精拼接误差阈值e为20厘米，根据预先设置的精拼接误差阈值e，判断精拼接误差与精拼接误差阈值的大小关系。
若所述精拼接误差大于所述精拼接误差阈值，重新求解所述粗拼接转换参数；若所述精拼接误差小于所述精拼接误差阈值，则完成迭代处理。
进一步地，对所述n组备选粗拼接转换参数进行迭代处理，重新求解所述粗拼接转换参数，在重新求所述解粗拼接转换参数时：
若精拼接误差大于精拼接误差阈值，判断迭代次数是否达到最大值；
若精拼接误差小于精拼接误差阈值，则确定精拼接转换参数；
若迭代次数未达到最大值，则判断前一次求解Z轴旋转参数是否为通过电子罗盘计算得来；
若前一次求解Z轴旋转参数不是通过电子罗盘计算得来，则减少所述预设角度间隔d，重复步骤S301及后续步骤；
若前一次求解Z轴旋转参数是通过电子罗盘计算得来，则重复步骤S301及后续步骤。
可选地，在本实施例中，迭代次数的最大值可取5。
图8至图10为参考站点云和拼接站点云进行精拼接处理后的部分点云截图，其中深色为参考站点云，浅色为拼接站点云，从图8可以看出精拼接后，参考站点云和拼接站点云已经实现整体配准，从图9至10可以看出，精拼接后参考站点云和拼接站点云重合较好，在地物细节处也实现了完全配准。对比粗拼接后与精拼接后的结果发现，精拼接后参考站点云和拼接站点云在整体和局部都实现了精确配准。
本申请还提供一种三维点云拼接装置，请参照图3，图3是三维点云拼接装置110的功能模块示意图，该装置包括点云获取模块111、点云选取模块112、粗拼接计算模块113、粗拼接计算模块114和点云拼接模块115。
点云获取模块111，用于获取点云数据，包括参考站点云及拼接站点云，所述参考站点云与所述拼接站点云处于粗略整平或倾角较小的状态。
本实施例中，所述点云获取模块111可用于执行图2所示的步骤S110，关于所述点云获取模块111的具体描述可参对所述步骤S110的描述。
点云选取模块112，用于响应用户选取操作，在所述参考站点云和所述拼接站点云中确定一对同名点。
本实施例中，所述点云选取模块112可用于执行图2所示的步骤S120，关于所述点云选取模块112的具体描述可参对所述步骤S120的描述。
粗拼接计算模块113，用于根据所述一对同名点对所述参考站点云和所述拼接站点云进行粗拼接处理，获得粗拼接转换参数，所述粗拼接转换参数包括X轴平移参数、Y轴平移参数、Z轴平移参数、X轴旋转参数、Y轴旋转参数、Z轴旋转参数，所述X轴平移参数、Y轴平移参数和Z轴平移参数分别表征所述拼接站点云向参考站点云转换拼接的在X、Y、Z轴方向上点云数据的平移距离差异，所述X轴旋转参数、Y轴旋转参数和Z轴旋转参数分别表征所述拼接站点云向参考站点云转换拼接的在X、Y、Z轴方向上的旋转角度差异，所述X、Y、Z轴相互垂直，所述Z轴为垂直方向，所述Y轴朝向激光扫描设备的零度方向。
本实施例中，所述粗拼接计算模块113可用于执行图2所示的步骤S130，关于所述粗拼接计算模块113的具体描述可参对所述步骤S130的描述。
精拼接计算模块114，用于根据精拼接算法对粗拼接转换参数进行处理，获取精拼接转换参数。
本实施例中，所述精拼接计算模块114可用于执行图2所示的步骤S140，关于所述精拼接计算模块114的具体描述可参对所述步骤S140的描述。
点云拼接模块115，用于根据精拼接转换参数对拼接站点云进行旋转和平移，获得精拼接后的点云数据。
本实施例中，所述点云拼接模块115可用于执行图2所示的步骤S150，关于所述点云拼接模块115的具体描述可参对所述步骤S150的描述。
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，例如，附图中的流程图和结构图显示了根据本申请的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。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，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。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，结构图和/或流程图中的每个方框、以及结构图和/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，在本申请各个实施例中的各功能模块或单元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，也可以两个或更多个模块集成形成一个独立的部分。
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，本申请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(可以是智能手机、个人计算机、服务器、或者网络设备等)执行本申请各个实施例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。
以上，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种三维点云拼接方法，其特征在于，应用于数据处理设备，所述方法包括：
获取点云数据，所述点云数据包括参考站点云及拼接站点云，所述参考站点云与所述拼接站点云由至少一个经粗略整平和/或包括倾角补偿装置的三维激光扫描设备获得；
响应用户选取操作，在所述参考站点云和所述拼接站点云中确定一对同名点；
根据所述一对同名点对所述参考站点云和所述拼接站点云进行粗拼接处理，获得粗拼接转换参数，所述粗拼接转换参数包括X轴平移参数、Y轴平移参数、Z轴平移参数、X轴旋转参数、Y轴旋转参数、Z轴旋转参数，所述X轴平移参数、Y轴平移参数和Z轴平移参数分别表征所述拼接站点云向参考站点云转换拼接的在X、Y、Z轴方向上点云数据的平移距离差异，所述X轴旋转参数、Y轴旋转参数和Z轴旋转参数分别表征所述拼接站点云向参考站点云转换拼接的在X、Y、Z轴方向上的旋转角度差异，所述X、Y、Z轴相互垂直，所述Z轴为垂直方向，所述Y轴朝向所述三维激光扫描设备的零度方向；
根据精拼接算法对所述粗拼接转换参数进行处理，获取精拼接转换参数；
根据所述精拼接转换参数对所述拼接站点云进行旋转和平移，获得精拼接后的点云数据。
2.根据权利要求1所述的三维点云拼接方法，其特征在于，所述根据所述一对同名点对所述参考站点云和所述拼接站点云进行粗拼接处理，获得所述粗拼接转换参数的步骤，包括：
至少一个所述三维激光扫描设备内置有电子罗盘；
分别获取采集所述参考站点云和所述拼接站点云时至少一个三维激光扫描设备中的两份电子罗盘数据；
根据两份所述电子罗盘数据的差值确定所述粗拼接转换参数中的所述Z轴旋转参数；
根据所述一对同名点的点云数据及所述Z轴旋转参数，求解获得所述粗拼接转换参数中的其他参数。
3.根据权利要求1所述的三维点云拼接方法，其特征在于，所述根据所述一对同名点对所述参考站点云和所述拼接站点云进行粗拼接处理，获得粗拼接转换参数的步骤，包括：
根据预先设置角度间隔对备选Z轴旋转参数的角度变化区间进行等间隔采样，获得n组所述备选Z轴旋转参数的角度值，得到n组备选粗拼接旋转参数；
将所述一对同名点依次与所述n组备选粗拼接旋转参数组合，并将所述同名点位于拼接站的点坐标进行旋转变换，得到所述同名点位于拼接站的点坐标在旋转变换后的点坐标，将所述同名点位于参考站的点坐标同所述同名点位于拼接站的点坐标在旋转变换后的点坐标作差，得到n组备选粗拼接平移参数，将所述n组备选粗拼接旋转参数同所述n组备选粗拼接平移参数组合，得到n组备选粗拼接转换参数；
对所述参考站点云和所述拼接站点云进行采样处理，并根据所述n组备选粗拼接转换参数及采样后的所述参考站点云和所述拼接站点云，获得所述粗拼接转换参数；
其中，所述n为大于1且不大于180的整数，所述角度变化区间为0°至360°之间。
4.根据权利要求3所述的三维点云拼接方法，其特征在于，对所述参考站点云和所述拼接站点云进行采样处理，并根据所述n组备选粗拼接转换参数及采样后的所述参考站点云和所述拼接站点云，获得所述粗拼接转换参数的步骤，还包括：
对所述参考站点云和所述拼接站点云进行下采样处理，获得减少数据量后的第一拼接站点云和第一参考站点云；
根据所述n组备选粗拼接转换参数分别对所述第一拼接站点云进行旋转变换和平移变换，获得第二拼接站点云，采集所述第一参考站点云中距离所述第二拼接站点云中每个点最近的点作为对应点，获得第二参考站点云；
根据预先存储的距离阈值，分别采集所述第二参考站点云及所述第二拼接站点云中所述对应点中点距离小于所述距离阈值的点，作为第一点数目，依据距离由小到大对所述第二参考站点云和所述第二拼接站点云中的对应点进行排序，并分别采集排序后所述第二参考站点云和所述第二拼接站点云中部分点云，作为第二点数目；
判断得出所述第一点数目和所述第二点数目中更大的一方，作为第三参考站点云和第三拼接站点云。
5.根据权利要求4所述的三维点云拼接方法，其特征在于，在所述判断得出所述第一点数目和所述第二点数目中更大的一方，作为第三参考站点云和第三拼接站点云的步骤之后，所述方法还包括：
将所述第三参考站点云和所述第三拼接站点云中所述对应点的距离的平均值作为所述n组备选粗拼接转换参数的备选拼接误差，得到与所述n组备选粗拼接转换参数对应的n组备选拼接误差；
对所述n组备选拼接误差进行滤波处理，得到滤波后的n组备选拼接误差；
采集所述滤波后的n组备选拼接误差为最小值时对应所述n组备选粗拼接转换参数中的一组，作为粗拼接转换参数。
6.根据权利要求1所述的三维点云拼接方法，其特征在于，所述根据精拼接算法对所述粗拼接转换参数进行处理，获取精拼接转换参数的步骤，包括：
将所述粗拼接转换参数作为精拼接算法的初始值，通过精拼接算法对所述粗拼接转换参数进行处理，获得精拼接转换参数；
所述精拼接算法包括迭代最近点算法或正态分布变换算法。
7.根据权利要求1所述的三维点云拼接方法，其特征在于，所述根据精拼接算法对所述粗拼接转换参数进行处理，获取精拼接转换参数之后，所述方法还包括：
获取所述精拼接算法自动识别的同名点，并将所述自动识别的同名点的点位误差作为精拼接误差，根据预先设置的精拼接误差阈值，判断所述精拼接误差与所述精拼接误差阈值的大小关系；
若所述精拼接误差大于所述精拼接误差阈值，重新求解所述粗拼接转换参数；
若所述精拼接误差小于所述精拼接误差阈值，则完成迭代处理。
8.一种三维点云拼接装置，其特征在于，所述装置包括点云获取模块、点云选取模块、粗拼接计算模块、精拼接计算模块和点云拼接模块：
所述点云获取模块，用于获取点云数据，包括参考站点云及拼接站点云，所述参考站点云与所述拼接站点云处于粗略整平或倾角较小的状态；
所述点云选取模块，用于响应用户选取操作，在所述参考站点云和所述拼接站点云中确定一对同名点；
所述粗拼接计算模块，用于根据所述一对同名点对所述参考站点云和所述拼接站点云进行粗拼接处理，获得粗拼接转换参数，所述粗拼接转换参数包括X轴平移参数、Y轴平移参数、Z轴平移参数、X轴旋转参数、Y轴旋转参数、Z轴旋转参数，所述X轴平移参数、Y轴平移参数和Z轴平移参数分别表征所述拼接站点云向参考站点云转换拼接的在X、Y、Z轴方向上点云数据的平移距离差异，所述X轴旋转参数、Y轴旋转参数和Z轴旋转参数分别表征所述拼接站点云向参考站点云转换拼接的在X、Y、Z轴方向上的旋转角度差异，所述X、Y、Z轴相互垂直，所述Z轴为垂直方向，所述Y轴朝向三维激光扫描设备的零度方向；
所述精拼接计算模块，用于根据精拼接算法对所述粗拼接转换参数进行处理，获取精拼接转换参数；
所述点云拼接模块，用于根据所述精拼接转换参数对所述拼接站点云进行旋转和平移，获得精拼接后的点云数据。
9.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括机器可读存储介质及处理器，所述机器可读存储介质上存储有指令，所述指令在被所述处理器执行时实现权利要求1-7中任一项所述的三维点云拼接方法。
10.一种机器可读存储介质，所述机器可读存储介质上存储有指令，其特征在于，该指令在被一个或多个处理器执行时，实现权利要求1-7中任一项所述的三维点云拼接方法。
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