CN112729109B - 一种点云数据的校正方法及装置 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供一种点云数据的校正方法及装置，涉及建筑工程领域，该方法包括：通过测距设备获取包括两条铅垂线的建筑工程图像和设备坐标系下的点云数据；根据建筑工程图像进行计算，得到建筑工程图像中平整区域对应的平面方程；根据两条铅垂线和平面方程进行计算，得到铅垂线方程；根据铅垂线方程以及测距设备的设备坐标系进行计算，得到校正系数；根据校正系数对设备坐标系下的点云数据进行校正，得到校正坐标系下的点云数据。可见，实施这种实施方式，能够避免倾角传感器的使用，从而降低了点云数据的测量成本。

Description

一种点云数据的校正方法及装置

技术领域

本申请涉及建筑工程领域，具体而言，涉及一种点云数据的校正方法及装置。

背景技术

在建筑工程领域当中，通常会使用点云数据来确定建筑施工模型。目前，工程人员通常会使用带高精度倾角传感器的专业测量设备来获取高精度的点云数据。然而，在实践中发现，该种点云数据获取方式虽然能够获取高精度的点云数据，但是高精度倾角传感器价格昂贵，从而增加了点云数据的测量成本。

发明内容

本申请的目的在于提供一种点云数据的校正方法及装置，能够避免倾角传感器的使用，从而降低了点云数据的测量成本。

本申请实施例第一方面提供了一种点云数据的校正方法，所述方法包括：

通过测距设备获取包括两条铅垂线的建筑工程图像和设备坐标系下的点云数据；

根据所述建筑工程图像进行计算，得到所述建筑工程图像中平整区域对应的平面方程；所述平面方程位于与所述建筑工程图像相对应的相机坐标系中；

根据所述两条铅垂线和所述平面方程进行计算，得到所述设备坐标系下的铅垂线方程；

根据所述设备坐标系下的铅垂线方程以及所述设备坐标系进行计算，得到校正系数；

根据所述校正系数对所述设备坐标系下的点云数据进行校正，得到校正坐标系下的点云数据。

在上述实现过程中，该点云数据的校正方法可以优先通过测距设备获取包括两条铅垂线的建筑工程图像和处于设备坐标系的点云数据；然后以建筑工程图像为依据辅以测距设备计算建筑工程图像中平整区域对应的平面方程；在平面方程获取到之后，再根据两条铅垂线和平面方程进行计算，得到设备坐标系下的铅垂线方程；然后，根据设备坐标系下的铅垂线方程以及测距设备的设备坐标系进行计算，得到校正系数，该校正系数能够将设备坐标系中的z轴方向校正为铅垂线方向，并将xoy平面旋转校正至与水平面平行；最后，再根据校正系数对设备坐标系下的点云数据进行校正，得到校正坐标系下的点云数据。可见，实施这种实施方式，能够根据图像确定现实中铅垂线的方向以及铅垂线的铅垂线方程，从而使得该方法可以使用铅垂线方程来计算铅垂线与设备坐标系z轴之间的夹角；同时该方法还可以使用铅垂线方程来计算铅垂线与设备坐标系z轴所构成平面的垂直方向，从而能够通过上述夹角和垂直方向构成校正坐标系，使得设备坐标系下的点云数据可以在设备坐标系与校正坐标系之间相互转换，以实现点云数据的位置校正，进而能够通过该种方法避免倾角传感器的使用，进一步降低了点云数据的测量成本。

进一步地，所述根据所述建筑工程图像进行计算，得到所述建筑工程图像中平整区域对应的平面方程的步骤包括：

在所述建筑工程图像的平整区域中选取多个像素点；所述多个像素点至少为三个，且所述多个像素点不处于同一条直线上；

获取所述多个像素点的像素坐标、与所述多个像素点一一对应的多个空间点的激光距离、所述多个空间点的水平光栅角度以及所述多个空间点的垂直光栅角度；

根据所述激光距离、所述水平光栅角度以及所述垂直光栅角度进行计算，得到所述多个空间点的设备坐标系坐标；

根据所述多个空间点的设备坐标系坐标进行计算，得到所述多个空间点之间的空间距离；

根据所述空间距离、所述激光距离以及所述像素坐标进行计算，得到所述平整区域对应的平面方程。

在上述实现过程中，该方法在根据建筑工程图像进行计算，得到建筑工程图像中平整区域对应的平面方程的过程中可以优先在建筑工程图像的平整区域中选取多个不处于同一条直线上的至少三个像素点；然后，获取所述多个像素点的像素坐标、与多个像素点一一对应的多个空间点的激光距离、多个空间点的水平光栅角度以及多个空间点的垂直光栅角度；再根据激光距离、水平光栅角度以及垂直光栅角度进行计算，得到多个空间点的设备坐标系坐标；再根据多个空间点的设备坐标系坐标进行计算，得到多个空间点之间的空间距离；最后再根据空间距离、激光距离以及像素坐标进行计算，得到平整区域位于相机坐标系下的平面方程。可见，实施这种实施方式，能够基于建筑工程图像、激光测距仪获取到的基础信息、角度测量仪获取到的基础信息确定建筑工程图像中的像素点对应的空间点的设备坐标系坐标，以使该方法可以获取到相机坐标系下的平面方程。

进一步地，所述根据所述两条铅垂线和所述平面方程进行计算，得到所述设备坐标系下铅垂线方程的步骤包括：

根据所述两条铅垂线和成像中心点进行计算，得到所述相机坐标系下的铅垂线方程；

根据所述平面方程进行计算，得到所述多个空间点的相机坐标系坐标；

根据所述多个空间点的相机坐标系坐标和所述多个空间点的设备坐标系坐标进行计算，得到相机坐标系到设备坐标系的旋转平移矩阵；

根据所述相机坐标系下的铅垂线方程、所述旋转平移矩阵进行计算，得到所述设备坐标系下的铅垂线方程。

在上述实现过程中，该方法在根据两条铅垂线和平面方程进行计算，得到铅垂线方程的过程中可以优先根据两条铅垂线和成像中心点进行计算，得到相机坐标系下的铅垂线方程；然后，根据平面方程进行计算，得到多个空间点的相机坐标系坐标；再根据多个空间点的相机坐标系坐标和多个空间点的设备坐标系坐标进行计算，得到相机坐标系到设备坐标系的旋转平移矩阵；最后，根据相机坐标系下的铅垂线方程、旋转平移矩阵进行计算，得到设备坐标系下的铅垂线方程。可见，实施这种实施方式，能够通过两条铅垂线确定各自通过成像中心点的两个铅垂面，以使两个铅垂面之间的交线可以构成通过成像中心点的铅垂线，从而能够进一步地确定该铅垂线在设备坐标系下的铅垂线方程，进而辅助校正坐标系的确定。

进一步地，所述根据所述设备坐标系下的铅垂线方程以及所述设备坐标系进行计算，得到校正系数的步骤包括：

根据所述设备坐标系下的铅垂线方程和所述设备坐标系进行计算，得到倾角校正子系数和旋转角校正子系数；

组合所述倾角校正子系数和所述旋转角校正子系数，得到校正系数。

在上述实现过程中，该方法在根据铅垂线方程以及设备坐标系进行计算，得到校正系数的过程中，可以先根据所述设备坐标系下的铅垂线方程和所述设备坐标系进行计算，得到倾角校正子系数和旋转角校正子系数；再组合所述倾角校正子系数和所述旋转角校正子系数，得到校正系数。可见，实施这种实施方式，能够根据设备坐标系下的铅垂线方程确定出设备坐标系z轴与该铅垂线之间的偏差角度，得到倾角校正子系数；还能够根据设备坐标系下的铅垂线方程与设备坐标系z轴确定出两者所构成平面的垂直方向，并将该垂直方向确定为校正坐标系的y轴，以使设备坐标系中的y轴和校正坐标系中的y轴构成旋转角，并根据该旋转角确定旋转角校正子系数，从而能够进一步确定出校正系数，进而便于点云数据在两个坐标系之间的相互转换。

进一步地，所述方法还包括：

获取任意目标平面在设备坐标系下的目标方程；

根据所述目标方程和所述设备坐标系下的铅垂线方程进行计算，得到所述任意目标平面的水平坡度角。

在上述实现过程中，该方法还可以获取任意目标平面在设备坐标系下的目标方程；再根据目标方程和设备坐标系下的铅垂线方程进行计算，得到任意目标平面的水平坡度角。可见，实施这种实施方式，能够计算出目标方程与水平面之间的坡度角，从而使得工程人员可以得知目标区域与水平面之间的夹角，进而有利于提高对建筑工程数据的获取精度。

本申请实施例第二方面提供了一种点云数据的校正装置，所述点云数据的校正装置包括：

获取单元，用于通过测距设备获取包括两条铅垂线的建筑工程图像和设备坐标系下的点云数据；

第一计算单元，用于根据所述建筑工程图像进行计算，得到所述建筑工程图像中平整区域对应的平面方程；所述平面方程位于与所述建筑工程图像相对应的相机坐标系中；

第二计算单元，用于根据所述两条铅垂线和所述平面方程进行计算，得到所述设备坐标系下的铅垂线方程；

第三计算单元，用于根据所述铅垂线方程以及设备坐标系进行计算，得到校正系数；

校正单元，用于根据所述校正系数对所述设备坐标系下的点云数据进行校正，得到校正坐标系下的点云数据。

在上述实现过程中，点云数据的校正装置可以通过获取单元来使用测距设备获取包括两条铅垂线的建筑工程图像和设备坐标系下的点云数据；第一计算单元，用于根据建筑工程图像进行计算，得到建筑工程图像中平整区域对应的平面方程；平面方程位于与建筑工程图像相对应的相机坐标系中；第二计算单元，用于根据两条铅垂线和平面方程进行计算，得到设备坐标系下的铅垂线方程；第三计算单元，用于根据铅垂线方程以及设备坐标系进行计算，得到校正系数；通过校正单元根据校正系数对设备坐标系下的点云数据进行校正，得到校正坐标系下的点云数据。可见，实施这种实施方式，能够根据图像确定现实中铅垂线的方向以及铅垂线的铅垂线方程，从而使得该方法可以使用铅垂线方程来计算铅垂线与设备坐标系z轴之间的夹角；同时该方法还可以使用铅垂线方程来计算铅垂线与设备坐标系z轴所构成平面的垂直方向，从而能够通过上述夹角和垂直方向构成校正坐标系，使得设备坐标系下的点云数据可以在设备坐标系与校正坐标系之间相互转换，以实现点云数据的位置校正，进而能够通过该种方法避免倾角传感器的使用，进一步降低了点云数据的测量成本。

进一步地，所述第一计算单元包括：

第一获取子单元，用于在所述建筑工程图像的平整区域中选取多个像素点；所述多个像素点至少为三个，且所述多个像素点不处于同一条直线上；

所述第一获取子单元，还用于获取所述多个像素点的像素坐标、与所述多个像素点一一对应的多个空间点的激光距离、所述多个空间点的水平光栅角度以及所述多个空间点的垂直光栅角度；

第一计算子单元，用于根据所述激光距离、所述水平光栅角度以及所述垂直光栅角度进行计算，得到所述多个空间点的设备坐标系坐标；

所述第一计算子单元，还用于根据所述多个空间点的设备坐标系坐标进行计算，得到所述多个空间点之间的空间距离；

所述第一计算子单元，还用于根据所述空间距离、所述激光距离以及所述像素坐标进行计算，得到所述平整区域对应的平面方程。

在上述实现过程中，第一计算单元可以通过所述第一获取子单元在建筑工程图像的平整区域中选取多个像素点；多个像素点至少为三个，且多个像素点不处于同一条直线上；通过第一获取子单元获取多个像素点的像素坐标、与多个像素点一一对应的多个空间点的激光距离、多个空间点的水平光栅角度以及多个空间点的垂直光栅角度；通过第一计算子单元来根据激光距离、水平光栅角度以及垂直光栅角度进行计算，得到多个空间点的设备坐标系坐标；通过第一计算子单元根据多个空间点的设备坐标系坐标进行计算，得到多个空间点之间的空间距离；第一计算子单元，还用于根据空间距离、激光距离以及像素坐标进行计算，得到平整区域对应的平面方程。可见，实施这种实施方式，能够基于建筑工程图像、激光测距仪获取到的基础信息、角度测量仪获取到的基础信息确定建筑工程图像中的像素点的空间点的设备坐标系坐标，以使该方法可以获取到相机坐标系下的平面方程。

进一步地，所述第二计算子单元具体用于根据所述两条铅垂线和成像中心点进行计算，得到所述相机坐标系下的铅垂线方程；根据所述平面方程进行计算，得到所述多个空间点的相机坐标系坐标；根据所述多个空间点的相机坐标系坐标和所述多个空间点的设备坐标系坐标进行计算，得到相机坐标系到设备坐标系的旋转平移矩阵；根据所述相机坐标系下的铅垂线方程、所述旋转平移矩阵进行计算，得到所述设备坐标系下的铅垂线方程。

在上述实现过程中，实施这种实施方式，能够通过两条铅垂线确定各自通过成像中心点的两个铅垂面，以使两个铅垂面之间的交线可以构成通过成像中心点的铅垂线，从而能够进一步地确定该铅垂线在设备坐标系下的铅垂线方程，进而辅助校正坐标系的确定。

本申请实施例第三方面提供了一种电子设备，包括存储器以及处理器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器运行所述计算机程序以使所述电子设备执行本申请实施例第一方面中任一项所述的点云数据的校正方法。

本申请实施例第四方面提供了一种计算机可读存储介质，其存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令被一处理器读取并运行时，执行本申请实施例第一方面中任一项所述的点云数据的校正方法。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请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为本申请实施例提供的一种点云数据的校正方法的流程示意图；

图2为本申请实施例提供的另一种点云数据的校正方法的流程示意图；

图3为本申请实施例提供的一种点云数据的校正装置的结构示意图；

图4为本申请实施例提供的另一种点云数据的校正装置的结构示意图；

图5为本申请实施例提供的一种平面方程的计算过程模型图；

图6为本申请实施例提供的一种铅垂线方程的计算过程模型图；

图7为本申请实施例提供的一种校正坐标系确定过程的模型图；

图8为本申请实施例提供的一种点云数据的校正方法的部分流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

实施例1

请参看图1，图1为本申请实施例提供了一种点云数据的校正方法的流程示意图。该方法应用于建筑施工场景当中，具体应用于利用点云数据对建筑物进行三维建模的过程。其中，该点云数据的校正方法包括：

S101、通过测距设备获取包括两条铅垂线的建筑工程图像和设备坐标系下的点云数据。

本实施例中，铅垂线可以是在实际场景中设置的铅锤的悬挂线。

本实施例中，设备坐标系为测距设备在测量点云数据时使用的三维空间坐标系。

在本实施例中，测距设备的测量误差是可控的，因此获取的点云数据是稳定的。但是，在一些情况当中，测距设备的安装姿态可能出现一定的偏差，这就使得测距设备的设备坐标系的z轴和铅垂线存在夹角，进而使得此时获取到的点云数据不能够被直接使用，从而降低了建筑施工效率。

本实施例中，点云数据为激光点云数据。

S102、根据建筑工程图像进行计算，得到建筑工程图像中平整区域对应的平面方程；平面方程位于与建筑工程图像相对应的相机坐标系中。

本实施例中，建筑工程图像为平面图像，即为摄像机所获取到的截图。

在本实施例中，在建筑工程图像中选取多个像素点。其中，每个像素点对应一个空间点，且每个空间点可用测距设备测得空间点与测距设备之间的直线距离，同时还可以获取测距设备在测量每个空间点时的云台旋转角度。由此可见，该方法可以将直线距离、旋转角度融合至该建筑工程图像的像素点中，使得该像素点具有三维特征，从而根据该些信息确定上述平整区域在相机坐标系的平面方程。

S103、根据两条铅垂线和平面方程进行计算，得到设备坐标系下的铅垂线方程。

本实施例中，根据两条铅垂线的像素坐标和成像中心点坐标，在相机坐标系中确定对应的两个铅垂面，再进一步确定两个铅垂面的交线为铅垂线，并根据该铅垂线与成像平面的交点确定该铅垂线在相机坐标系的铅垂线方程。再然后计算相机坐标系到设备坐标系的旋转平移矩阵，最后根据相机坐标系下的铅垂线方程和旋转平移矩阵进行计算，得到设备坐标系下的铅垂线方程。

作为一种可选的实施方式，根据两条铅垂线和平面方程进行计算，得到设备坐标系下铅垂线方程的步骤包括：

根据两条铅垂线和成像中心点进行计算，得到相机坐标系下的铅垂线方程；

根据平面方程进行计算，得到多个空间点的相机坐标系坐标；

根据多个空间点的相机坐标系坐标和多个空间点的设备坐标系坐标进行计算，得到相机坐标系到设备坐标系的旋转平移矩阵；

根据相机坐标系下的铅垂线方程、旋转平移矩阵进行计算，得到设备坐标系下的铅垂线方程。

S104、根据设备坐标系下的铅垂线方程以及设备坐标系进行计算，得到校正系数。

实施这种实施方式，能够根据设备坐标系的xyz三轴和铅垂线的夹角确定校正系数，从而可以准确有效地确定出上述的校正系数。

S105、根据校正系数对设备坐标系下的点云数据进行校正，得到校正坐标系下的点云数据。

本实施例中，校正系数能够调整所有点云数据的坐标信息，以使点云数据是对应于校正坐标系。

本实施例中，该方法的执行主体可以为计算机、服务器等计算装置，对此本实施例中不作任何限定。

在本实施例中，该方法的执行主体还可以为智能手机和平板等智能设备，对此本实施例中不作任何限定。

可见，实施图1所描述的点云数据的校正方法，能够根据图像确定现实中铅垂线的方向以及铅垂线的铅垂线方程，从而使得该方法可以使用铅垂线方程来计算铅垂线与设备坐标系z轴之间的夹角；同时该方法还可以使用铅垂线方程来计算铅垂线与设备坐标系z轴所构成平面的垂直方向，从而能够通过上述夹角和垂直方向构成校正坐标系，使得设备坐标系下的点云数据可以在设备坐标系与校正坐标系之间相互转换，以实现点云数据的位置校正，进而能够通过该种方法避免倾角传感器的使用，进一步降低了点云数据的测量成本。

实施例2

请参看图2，图2为本申请实施例提供的另一种点云数据的校正方法的流程示意图。图2所描述的点云数据的校正方法的流程示意图是根据图1所描述的点云数据的校正方法的流程示意图进行改进得到的。其中，该点云数据的校正方法包括：

S201、通过测距设备获取包括两条铅垂线的建筑工程图像和设备坐标系下的点云数据。

本实施例中，测距设备安装有带高精度角度测量仪的双轴云台，该双轴云台上平行安装摄像机和激光测距仪，且摄像机的视准轴和激光测距仪的光轴处于平行。

本实施例中，设备坐标系下的点云数据是将激光距离(该激光距离通过激光测距仪采集得到的)、双轴云台的水平角度和垂直角度代入极坐标方程中进行计算得到的。

本实施例中，该方法先将测距设备转向包括两条铅垂线的待测区域，使得摄像机画面中包含待测区域并获取建筑工程图像。

S202、在建筑工程图像的平整区域中选取多个像素点；多个像素点至少为三个，且多个像素点不处于同一条直线上。

本实施例中，平整区域可以为某个物体的平面，也可以为某个建筑设备的平面，对此本实施例中不作任何限定。

举例来说，该方法在建筑工程图像上选择三个或以上的处于同一平面(即平整区域)的像素点，该三个或以上像素点不共线。

S203、获取多个像素点的像素坐标、与多个像素点一一对应的多个空间点的激光距离、多个空间点的水平光栅角度以及多个空间点的垂直光栅角度。

本实施例中，使用激光测距仪获取多个像素点的激光距离。

本实施例中，使用角度测量仪获取多个像素点的水平光栅角度和垂直光栅角度。

举例来说，该方法通过转动测距设备的云台，分别将激光测距仪对准多个像素点对应的空间点，并分别使用激光测距仪获取激光距离，同时使用角度测量仪获取水平光栅角度和垂直光栅角度。

本实施例中，对转动测距设备的云台使得激光测距仪对准像素点对应的空间点的方法和步骤不做任何限定。

S204、根据激光距离、水平光栅角度以及垂直光栅角度进行计算，得到多个空间点的设备坐标系坐标。

S205、根据多个空间点的设备坐标系坐标进行计算，得到多个空间点之间的空间距离。

本实施例中，两个像素点对应两个空间点，而空间距离为任意两个空间点之间的欧氏距离，且欧氏距离不受坐标系旋转平移变换的影响，因此该空间距离可用于表示两个像素点在空间中的相对距离。

举例来说，该方法可以根据测距设备的水平光栅角度、垂直光栅角度以及激光距离，计算每个空间点在设备坐标系下的三维空间坐标，进而求得任意两个空间点之间的空间距离。

S206、根据空间距离、激光距离以及像素坐标进行计算，得到平整区域对应的平面方程。

请参阅图5，图5是本实施例提供的一种平面方程的计算过程模型图。其中，如图所示，平面P为建筑工程图像在相机坐标系中的成像平面，平面Q为平整区域在相机坐标系中的投影平面。

举例来说，成像中心点O(0,0,0)与多个像素点对应的多个空间点Q1，Q2…Qn之间的连线与平面P相交，得到对应的交点P1，P2…Pn。

此时，设成像中心点O和平面P的距离为未知数d0，则平面P方程为z＝d0；设平面Q的方程为：Ax+By+z+D＝0；其中A，B，D为未知数。

已知画面中心像素点坐标为(u0,v0)；对任意像素点Pi(ui,vi)，可知对应的三维成像坐标为(xi,yi,d0)，其中xi＝ui-u0，yi＝vi-v0；同时，还已知OQ1，OQ2…OQn的线段长度为使用激光测距仪获得的激光距离；已知通过激光距离、水平光栅角度以及垂直光栅角度确定出的空间点Q1，Q2…Qn两两之间的空间距离。

另外，根据直线与平面交点的计算方法，O点坐标、平面Q的方程及P1，P2…Pn的成像坐标，可以计算空间点Q1，Q2…Qn在相机坐标系的三维空间坐标。使用交点Q1，Q2…Qn在相机坐标系的三维空间坐标，可以计算Q1，Q2…Qn任意两个点之间的线段长度，及OQ1，OQ2…OQn的线段长度。

至此，在已经具有上述平面方程、激光距离、空间距离以及三维空间坐标的基础上，上述线段长度均可使用包含未知变量A，B，D，d0的多项式表示。从而，形成了包含未知变量A，B，D，d0的四元方程组。

使用最小二乘法求解包含未知变量A，B，D，d0的四元方程组，得到未知数A，B，D，d0的最优解。由此确定了平整区域在相机坐标系中的投影平面Q的方程，及建筑工程图像在相机坐标系中的成像平面P的方程。

S207、根据两条铅垂线和平面方程进行计算，得到设备坐标系下铅垂线方程。

作为一种可选的实施方式，根据两条铅垂线和平面方程进行计算，得到设备坐标系下铅垂线方程的步骤包括：

根据两条铅垂线和成像中心点进行计算，得到相机坐标系下的铅垂线方程；

根据平面方程进行计算，得到多个空间点的相机坐标系坐标；

根据多个空间点的相机坐标系坐标和多个空间点的设备坐标系坐标进行计算，得到相机坐标系到设备坐标系的旋转平移矩阵；

根据相机坐标系下的铅垂线方程、旋转平移矩阵进行计算，得到设备坐标系下的铅垂线方程。

请参阅图6，图6是本实施例提供的一种铅垂线方程的计算过程模型图。如图所示，两条铅垂线分别为α和β。

其中，AB，CD分别为铅垂线α、β上的任意两点在平面P上的投影像素点，延长AB，CD使其相交于E点，并计算得到E点的成像坐标(Xe,Ye,d0)。

已知铅垂线α属于平面OAB，铅垂线β属于平面OCD，已知α平行于β，直线OE为平面OAB和平面OCD的交线，因此直线OE平行于铅垂线α和铅垂线β，即直线OE也是铅垂线。

根据O点和E点的坐标，可得铅垂线OE在相机坐标系中的直线方程。

根据直线与平面交点的计算方法，O点坐标、平面Q的方程及P1，P2…Pn的成像坐标，可以计算空间点Q1，Q2…Qn在相机坐标系的三维空间坐标。

根据Q1，Q2…Qn在相机坐标系的三维坐标，及Q1，Q2…Qn在设备坐标系的三维坐标，可计算得到相机坐标系到设备坐标系的旋转平移矩阵。

利用旋转平移矩阵，可将相机坐标系中铅垂线OE的直线方程，变换为设备坐标系下的铅垂线O'E'的直线方程。

S208、根据设备坐标系下的铅垂线方程和设备坐标系进行计算，得到倾角校正子系数和旋转角校正子系数。

请参阅图7，图7为本实施例提供的一种校正坐标系确定过程的模型图。如图7所示，设备坐标系为XYZ三轴坐标系。作为一种可行的实施例，设备坐标系为右手坐标系，Z轴为云台水平光栅旋转轴，Y轴指向水平光栅角度等于0度的方向。

同时，过设备坐标系的O点，做上述铅垂线O'E'的平行线OV，从而可以进一步确定OV的直线方程。其中，以OV作为校正坐标系的Z轴。过O点，引垂直于平面ZOV的直线OY'，作为校正坐标系的Y轴；过O点，引垂直于平面VOY'的直线OX'，作为校正坐标系的X轴。

设V点为铅垂线OV上的任意一点，且设备坐标系下的坐标为(Xv,Yv,Zv)，可得

该ry即为倾角校正子系数。

过V点引平面OXY的垂线VT，并交平面OXY于T点，可得

该rz即为旋转角校正子系数。

S209、组合倾角校正子系数和旋转角校正子系数，得到校正系数。

本实施例中，将上述ry和rz确定为校正系数。

S210、根据校正系数对设备坐标系下的点云数据进行校正，得到校正坐标系下的点云数据。

本实施例中，校正坐标系可通过将设备坐标系绕Z轴逆时针旋转rz，使得Y轴与Y'轴对齐，再绕Y'轴逆时针旋转ry得到。由此得到设备坐标系到校正坐标系的旋转矩阵R。

在本实施例中，该方法可以通过对设备坐标系下的点云数据应用旋转矩阵R，可得到校正坐标系下的点云数据。

在本实施例中，校正坐标系中，Z轴为铅垂线，因此校正坐标系中的所有点云数据均得到了垂直方向的校正。

可见，实施图2所描述的点云数据的校正方法，能够实现点云数据的位置校正，从而能够通过该种方法避免倾角传感器的使用，进而降低了点云数据的测量成本。

实施例3

请参看图3，图3为本申请实施例提供的一种点云数据的校正装置的结构示意图。其中，该点云数据的校正装置包括：

获取单元310，用于通过测距设备获取包括两条铅垂线的建筑工程图像和设备坐标系下的点云数据；

第一计算单元320，用于根据建筑工程图像进行计算，得到建筑工程图像中平整区域对应的平面方程；

第二计算单元330，用于根据两条铅垂线和平面方程进行计算，得到铅垂线方程；

第三计算单元340，用于根据铅垂线方程以及测距设备的设备坐标系进行计算，得到校正系数；

校正单元350，用于根据校正系数对设备坐标系下的点云数据进行校正，得到校正坐标系下的点云数据。

本实施例中，对于点云数据的校正装置的解释说明可以参照实施例1或实施例2中的描述，对此本实施例中不再多加赘述。

可见，实施图3所描述的点云数据的校正装置，能够实现点云数据的位置校正，从而能够通过该种方法避免倾角传感器的使用，进而降低了点云数据的测量成本。

实施例4

请参看图4，图4为本申请实施例提供的另一种点云数据的校正装置的结构示意图。图4所描述的点云数据的校正装置的结构示意图是根据图3所描述的点云数据的校正装置的结构示意图进行改进得到的。其中，该第一计算单元320包括：

第一获取子单元321，用于在建筑工程图像的平整区域中选取多个像素点；多个像素点不处于同一条直线上；

第一获取子单元321，还用于获取多个像素点的像素坐标、激光距离、水平光栅角度和垂直光栅角度；

第一计算子单元322，用于根据激光距离、水平光栅角度以及垂直光栅角度进行计算，得到任意两个像素点之间的空间距离；

第一计算子单元322，还用于根据空间距离、激光距离以及像素坐标进行计算，得到平整区域对应的平面方程。

作为一种可选的实施方式，第二计算子单元330包括：

第二获取子单元331，用于获取测距设备的测量原点；

第二计算子单元332，用于根据两条铅垂线和测量原点进行计算，得到测量铅垂线的铅垂线方程。

作为一种可选的实施方式，第三计算单元340包括：

第三计算子单元341，用于根据铅垂线方程和测距设备的设备坐标系进行计算，得到倾角校正子系数；

第三计算子单元341，还用于根据铅垂线方程和测距设备的设备坐标系进行计算，得到旋转角校正子系数；

组合子单元342，用于组合倾角校正子系数和旋转角校正子系数，得到校正系数。

作为一种可选的实施方式，第三计算单元340还用于获取任意目标平面在设备坐标系下的目标方程，并根据目标方程和设备坐标系下的铅垂线方程进行计算，得到任意目标平面的水平坡度角。

本实施例中，对于点云数据的校正装置的解释说明可以参照实施例1或实施例2中的描述，对此本实施例中不再多加赘述。

可见，实施图4所描述的点云数据的校正装置，能够实现点云数据的位置校正，从而能够通过该种方法避免倾角传感器的使用，进而降低了点云数据的测量成本。

实施例5

请参看图8，图8为本申请实施例提供了一种点云数据的校正方法的部分流程示意图。该点云数据的校正方法中可以包括：

S501、通过测距设备获取包括两条铅垂线的建筑工程图像。

S502、根据建筑工程图像进行计算，得到建筑工程图像中平整区域对应的平面方程；平面方程位于与建筑工程图像相对应的相机坐标系中。

S503、根据两条铅垂线和平面方程进行计算，得到设备坐标系下的铅垂线方程。

S504、获取任意目标平面在设备坐标系下的目标方程。

S505、根据目标方程和设备坐标系下的铅垂线方程进行计算，得到任意目标平面的水平坡度角。

本实施例中，对于任意目标平面，转动测距设备的云台，将激光测距仪对准目标平面上任意三个以上不共线的空间点并分别获取激光距离、水平光栅角度和垂直光栅角度，并计算得到多个空间点的设备坐标系坐标。

根据三个以上在目标平面上且不共线的空间点的设备坐标系坐标，计算得到目标平面在设备坐标系下的平面方程。

根据目标平面在设备坐标系下的平面方程，及铅垂线在设备坐标系下的直线方程，可计算得到目标平面与铅垂线的夹角，进而得到目标平面与水平面的夹角，即水平坡度角。

本实施例中，目标平面在设备坐标系下的目标方程还可以是利用RANSAC算法对已采集的点云数据进行计算得到。

在本实施例中，不对获取目标平面在设备坐标系下的目标方程的具体方式作任何限定。

可见，实施图8所描述的方法，能够计算出任意目标平面与水平面之间的坡度角，进而有利于提高对建筑工程数据的获取精度。

本申请实施例提供了一种电子设备，包括存储器以及处理器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器运行所述计算机程序以使所述电子设备执行本申请实施例1、实施例2或实施例5中任一项点云数据的校正方法。

本申请实施例提供了一种计算机可读存储介质，其存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令被一处理器读取并运行时，执行本申请实施例1、实施例2或实施例5中任一项点云数据的校正方法。

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，附图中的流程图和框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，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。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，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，在本申请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。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

以上所述，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。因此，本申请的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，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。

Claims (6)

1.一种点云数据的校正方法，其特征在于，所述方法包括：

通过测距设备获取包括两条铅垂线的建筑工程图像和设备坐标系下的点云数据；

根据所述建筑工程图像进行计算，得到所述建筑工程图像中平整区域对应的平面方程；所述平面方程位于与所述建筑工程图像相对应的相机坐标系中；

根据所述两条铅垂线和所述平面方程进行计算，得到所述设备坐标系下的铅垂线方程；

根据所述设备坐标系下的铅垂线方程以及所述设备坐标系进行计算，得到校正系数；

根据所述校正系数对所述设备坐标系下的点云数据进行校正，得到校正坐标系下的点云数据；

其中，所述根据所述建筑工程图像进行计算，得到所述建筑工程图像中平整区域对应的平面方程的步骤包括：

在所述建筑工程图像的平整区域中选取多个像素点；所述多个像素点至少为三个，且所述多个像素点不处于同一条直线上；

获取所述多个像素点的像素坐标、与所述多个像素点一一对应的多个空间点的激光距离、所述多个空间点的水平光栅角度以及所述多个空间点的垂直光栅角度；

根据所述激光距离、所述水平光栅角度以及所述垂直光栅角度进行计算，得到所述多个空间点的设备坐标系坐标；

根据所述多个空间点的设备坐标系坐标进行计算，得到所述多个空间点之间的空间距离；

根据所述空间距离、所述激光距离以及所述像素坐标进行计算，得到所述平整区域对应的平面方程；

其中，所述根据所述两条铅垂线和所述平面方程进行计算，得到所述设备坐标系下的铅垂线方程的步骤包括：

根据所述两条铅垂线和成像中心点进行计算，得到所述相机坐标系下的铅垂线方程；

根据所述平面方程进行计算，得到所述多个空间点的相机坐标系坐标；

根据所述多个空间点的相机坐标系坐标和所述多个空间点的设备坐标系坐标进行计算，得到相机坐标系到设备坐标系的旋转平移矩阵；

根据所述相机坐标系下的铅垂线方程、所述旋转平移矩阵进行计算，得到所述设备坐标系下的铅垂线方程；

其中，所述两条铅垂线为第一铅垂线和第二铅垂线，所述根据所述两条铅垂线和成像中心点进行计算，得到所述相机坐标系下的铅垂线方程的步骤包括：

根据所述成像中心点，将第一铅垂线和第二铅垂线投影至成像平面中，得到第一投影线和第二投影线；

确定第一投影线和第二投影线在成像平面上的投影交点；

连接成像中心点和所述投影交点得到第三铅垂线；

并计算所述第三铅垂线对应的铅垂线方程；所述第三铅垂线对应的铅垂线方程即为所述相机坐标系下的铅垂线方程；

其中，所述根据所述平面方程进行计算，得到所述多个空间点的相机坐标系坐标的步骤包括：

根据直线与平面交点的计算方法，利用成像中心点的坐标、所述平面方程和所述多个空间点的投影点坐标进行计算，得到所述多个空间点的相机坐标系坐标。

2.根据权利要求1所述的点云数据的校正方法，其特征在于，所述根据所述设备坐标系下的铅垂线方程以及所述设备坐标系进行计算，得到校正系数的步骤包括：

根据所述设备坐标系下的铅垂线方程和所述设备坐标系进行计算，得到倾角校正子系数和旋转角校正子系数；

组合所述倾角校正子系数和所述旋转角校正子系数，得到校正系数。

3.根据权利要求1所述的点云数据的校正方法，其特征在于，所述方法还包括：

获取任意目标平面在所述设备坐标系下的目标方程；

根据所述目标方程和所述设备坐标系下的铅垂线方程进行计算，得到所述任意目标平面的水平坡度角。

4.一种点云数据的校正装置，其特征在于，所述点云数据的校正装置包括：

获取单元，用于通过测距设备获取包括两条铅垂线的建筑工程图像和设备坐标系下的点云数据；

第一计算单元，用于根据所述建筑工程图像进行计算，得到所述建筑工程图像中平整区域对应的平面方程；所述平面方程位于与所述建筑工程图像相对应的相机坐标系中；

第二计算单元，用于根据所述两条铅垂线和所述平面方程进行计算，得到所述设备坐标系下的铅垂线方程；

第三计算单元，用于根据所述铅垂线方程以及设备坐标系进行计算，得到校正系数；

校正单元，用于根据所述校正系数对所述设备坐标系下的点云数据进行校正，得到校正坐标系下的点云数据；

其中，所述第一计算单元包括：

第一获取子单元，用于在所述建筑工程图像的平整区域中选取多个像素点；所述多个像素点至少为三个，且所述多个像素点不处于同一条直线上；

所述第一获取子单元，还用于获取所述多个像素点的像素坐标、与所述多个像素点一一对应的多个空间点的激光距离、所述多个空间点的水平光栅角度以及所述多个空间点的垂直光栅角度；

第一计算子单元，用于根据所述激光距离、所述水平光栅角度以及所述垂直光栅角度进行计算，得到所述多个空间点的设备坐标系坐标；

所述第一计算子单元，还用于根据所述多个空间点的设备坐标系坐标进行计算，得到所述多个空间点之间的空间距离；

所述第一计算子单元，还用于根据所述空间距离、所述激光距离以及所述像素坐标进行计算，得到所述平整区域对应的平面方程；

其中，所述第二计算单元具体用于根据所述两条铅垂线和成像中心点进行计算，得到所述相机坐标系下的铅垂线方程；根据所述平面方程进行计算，得到所述多个空间点的相机坐标系坐标；根据所述多个空间点的相机坐标系坐标和所述多个空间点的设备坐标系坐标进行计算，得到相机坐标系到设备坐标系的旋转平移矩阵；根据所述相机坐标系下的铅垂线方程、所述旋转平移矩阵进行计算，得到所述设备坐标系下的铅垂线方程；

其中，所述两条铅垂线为第一铅垂线和第二铅垂线，所述第二计算单元具体用于根据所述成像中心点，将第一铅垂线和第二铅垂线投影至成像平面中，得到第一投影线和第二投影线；确定第一投影线和第二投影线在成像平面上的投影交点；连接成像中心点和所述投影交点得到第三铅垂线；并计算所述第三铅垂线对应的铅垂线方程；所述第三铅垂线对应的铅垂线方程即为所述相机坐标系下的铅垂线方程；

其中，所述第二计算单元具体还用于根据直线与平面交点的计算方法，利用成像中心点的坐标、所述平面方程和所述多个空间点的投影点坐标进行计算，得到所述多个空间点的相机坐标系坐标。

5.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括存储器以及处理器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器运行所述计算机程序以使所述电子设备执行权利要求1至3中任一项所述的点云数据的校正方法。

6.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质中存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令被一处理器读取并运行时，执行权利要求1至3任一项所述的点云数据的校正方法。

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