CN114972446A - 一种基于罗德里格矩阵的光学影像与地面激光点云配准方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于摄影测量领域，尤其涉及航测点云数据拼接方法，其特征在于：1)基于罗德里格矩阵进行光学影像与地面激光点云配准。本发明采用一种基于罗德里格矩阵的配准方法，其特征在于有条件多次迭代求解权p_i，从而优化求解配准参数。2)基于罗德里格矩阵给定合理限定条件多次迭代求解权p_i，获得满足一定条件的权p_i，进行配准参数逐步优化，求解姿态角

ω、κ并进行精度评定。基于精度评价公式Δ_X＝KΔ_TK^T进行计算，利用该方法进行配准参数优化，能够提高摄影测量点云拼接精度。

Description

一种基于罗德里格矩阵的光学影像与地面激光点云配准方法

技术领域

本发明涉及基于罗德里格矩阵的光学影像与地面激光点云配准方法，属于摄影测量领域。

技术背景

摄影测量中，激光点云可以提供精确的几何位置信息，通过光学影像可以获取丰富的色彩纹理信息。两者的结合广泛应用于三维建模。然而，两者所在的参考坐标系不同，需解决两者参考坐标系统一的问题，即两者之间的几何配准问题。在影像与激光点云配准中，主要存在以下困难(1)配准初值难以获取，由于空间相似变换模型为初始参数非线性方程，初始参数解较为复杂。(2)控制点存在选点误差，使得配准精度往往不能满足要求。

发明内容

本发明的目的是针对以上问题，提供一种稳定性强，配准精度高的光学影像与地面激光点云配准方法。其技术方案为：

一种基于罗德里格矩阵的光学影像与地面激光点云配准方法，其特征在于采用以下步骤：

1)基于罗德里格矩阵的配准参数迭代求解方法。假设有m个控制点，坐标分别为(X_i，Y_i，Z_i)，i＝1，2…m。其在影像上对应的像点坐标分别为(x_i，y_i)，则由共线条件方程可得如下3m个方程：

式中λ为尺度参数，X_s，Y_s，Z_s为平移参数，R为罗德里格矩阵，

(1)式可以写为参数a，b，c，X_S，Y_S，Z_S，λ的非线性最小二乘的形式：

令：

则有：

根据参数a，b，c，X_S，Y_S，Z_S，λ的初值，采用迭代方法求解配准参数。

2)迭代求解方法中权pi的确定。

模型迭代平差中不同类型观测值权的选取至关重要，权选取的过大或过小都会影响配准精度。本发明中权p_i依据以下原则进行确定：

①像点观测的初始权p_i ⁰＝1，i＝1，2…m。

②第j+1次迭代过程中，计算前一次迭代的中误差

令

则：

3)姿态角的计算及精度评定。

罗德里格矩阵：

由R求

ω、κ

ω＝-arcsin r₂₃

又根据迭代平差计算出参数X＝[X_S，Y_S，Z_S，a，b，c]^T的方差阵为Δ_X，用方差传播律可推导

的方差阵

Δ_X＝KΔ_TK^T (9)

式中：

其它元素均为1。

具体实施方式

步骤1)控制点布设：均匀布设一定数量控制点，并对控制点进行观测获取其高精度坐标(X_i，Y_i，Z_i)。

步骤2)影像获取及像点坐标的量测：应用待检校的相机获取多幅带控制点影像，并量测影像上控制点像点坐标(x_i，y_i)。

步骤3)计算检校参数的初值：根据

计算λ初值，根据

式中：ΔX_i＝X_i-X_i-1，ΔY_i＝Y_i-Y_i-1，ΔZ_i＝Z_i-Z_i-1

Δx_i＝x_i-x_i-1，Δy_i＝y_i-y_i-1。

计算a，b，c的初值，将λ和a，b，c带入

计算出X_S，Y_S，Z_S的初值。

相机主距f初值选为相机焦距0。

步骤4)应用步骤3)中给出的a，b，c，X_S，Y_S，Z_S，λ初值，以及

迭代求解配准参数并计算。

步骤5)根据a，b，c求解姿态角

ω、κ并根据式Δ_X＝KΔ_TK^T进行精度评定。

实验数据证明：

实验证明本发明可以解决控制点选点精度较低的问题，有较高的配准精度，提高摄影测量点云精度。

附图说明：

图1为本发明点云配准流程图。

图2为本发明激光点云配准试验（航测）场地。

Claims (1)

1.一种基于罗德里格矩阵的光学影像与地面激光点云配准方法，其特征在于有条件多次迭代求解权p_i，从而优化求解配准参数。

步骤1)控制点布设：均匀布设一定数量控制点，并对控制点进行观测获取其高精度坐标(X_i，Y_i，Z_i)。

步骤2)影像获取及像点坐标的量测：应用待检校的相机获取多幅带控制点影像，并量测影像上控制点像点坐标(x_i，y_i)。

步骤3)计算检校参数的初值：根据

计算λ初值，根据

式中：ΔX_i＝X_i-X_i-1，ΔY_i＝Y_i-Y_i-1，ΔZ_i＝Z_i-Z_i-1

Δx_i＝x_i-x_i-1，Δy_i＝y_i-y_i-1。

计算a，b，c的初值，将λ和a，b，c带入

计算出X_S，Y_S，Z_S的初值。

相机主距f初值选为相机焦距0。

步骤4)应用步骤3)中给出的a，b，c，X_S，Y_S，Z_S，λ初值，以及

迭代求解配准参数并计算。

步骤5)根据a，b，c求解姿态角

ω、k并根据式Δ_X＝KΔ_TK^T进行精度评定。

Images