基于对偶四元数的LIDAR点云拼接研究

发布时间：2019-08-19 21:01

【摘要】：激光雷达(Light Detection and Ranging,LIDAR)技术具有精度高、自主性强、自动化程度高、高效率等特点,其在导航技术、航空测绘和地质灾害预防预报等领域应用广泛。由于LIDAR探测的空间目标复杂度较高,LIDAR点云采集通常需要从不同视角对空间目标进行扫描,再利用拼接算法将相邻测站点云进行拼接,从而实现对空间目标的完整表达。高精度的LIDAR点云拼接是实现点云整体性和保证空间目标三维表面拓扑重建的关键。直线是LIDAR点云里高级几何特征描述符号,具有更强的几何拓扑性和几何约束性。本文提出基于对偶四元数的LIDAR点云拼接方法,利用Plücker直线表示LIDAR待拼接测站LIDAR点云与基准测站LIDAR点云间的同名直线,用对偶四元数实现同名直线在空间中的螺旋运动,再根据同名Plücker直线重合的几何拓扑关系,建立Plücker直线共线条件方程,实现待拼接测站LIDAR点云与基准测站点云间的相对位姿参数的解算。针对待拼接测站LIDAR点云和基准测站LIDAR点云存在位置、姿态和比例缩放差异的问题,提出了基于直线簇约束下的LIDAR点云拼接方法。首先根据直线间相交、平行和异面的拓扑关系,分别对待拼接测站和基准测站LIDAR点云的直线进行聚簇,构建直线簇;然后,分别将同名直线用Plücker坐标表示,通过待拼接测站LIDAR点云的直线簇在空间中的螺旋缩放运动,使其与基准测站LIDAR点云的直线簇比例尺一致,且同名Plücker直线重合,构建基于直线簇的共线条件方程,实现了比例因子和相对位姿一体化解算。本文的研究成果为实现城市空间信息的完整表达提供了数据支撑。
【图文】：

按照测距原理不同，主要分为三角测量式、相位测量式、脉冲式以及脉冲-相位测量四种。2. 机载 LIDAR 系统定位原理机载激光雷达对地定位采用了空间几何向量的原理，通过精确测定遥感器的空间位置、姿态参数和遥感器到地面目标距离方法试验三维对地测量。如图 1.2 所示，通过 GPS 定位 G 点三维坐标与 INS 系统测量的姿态角信息，通过几何关系即可求解出待测点 P 的三维坐标值。

LIDAR点云拼接原理示意图
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TN958.98
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本文编号：2528502