地面三维激光扫描的点云配准误差研究(3)

第2期徐源强等:地面三维激光扫描的点云配准误差研究

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相邻测站间的配准误差累积产生的,且各相邻测站之间的配准精度不相同。由闭合导线闭合差分配可知,角度闭合差平均分配,坐标闭合差与距离成正比分配,是按与其相应方差成正比进行分配的。因此将点云配准闭合差按照与方差成正比,依次递增的分配给各测站,即各测站的旋转角参数和平移量参数改正数为:

v i=

i

k=2n+1

在闭合差分配前后经点云配准后的坐标,并与其在第1站中的同名点进行比较,计算坐标差值 x、 y和 z。点位中误差为:

(15)

n

通过计算可以得到,闭合差分配前的点位中误差为11mm,闭合差分配后的点位中误差为6.4mm,通过闭合差分配后的配准精度要好于分配前的配准精度。因此通过闭合差分配后的点云配准可以更好的反映物体完整的三维信息,从而提高其测量结果的可靠性。

mp=

i1( x+ y+ z)

222

i

2

k2

kk=2

kxk

2

v i=

i

k=2n+1

i

2 k2

kk=2

kyk

,v i=

2

k=2n+1

i

2 k2

k

k=2

( z0)k=2

i

k

(13)

2

vx0=

i

( 0)k=2

( x0)k=2

2

vy0=

i

( 0)k=2

( y0)k=2

2

vz0=

i

( z0)k=2

k2

5 结语

针对点云序列配准中产生的误差积累,给出了误差闭合差的分配方法。该方法是基于在各站配准后的参数方差,根据有限的同名点对计算各站的坐标平移和旋转参数及闭合条件将闭合差按照与方差

成正比进行分配,计算量小。从实验可以看出,本文提出的闭合差分配方法对点云配准结果有一定的改善。但由于闭合差实际上是由各相邻测站的配准误差的非线性函数,简单的将其线性处理不能在真正意义上将闭合差完全正确分配,为了更好地分配点

[9]

云配准闭合差,应对点云配准误差传播规律及非线性条件下的闭合差分配等理论进行研究。

参

考

文

献

(14)

式中,n为测站总数,i为第i测站(i=2,3, ,n+1,i=n+1时即为第1站)。

通过坐标转换矩阵求出的旋转角和平移量参数加上其相应的改正数,则可得出各扫描站相对于项目坐标系旋转参数的平差结果,然后代入式(1)计算各站扫描点云在项目坐标系中的坐标。

4 实验验证

采取闭合环的多站配准实验方案,即从起点站开始,沿闭合环进行多站配准,最后再回到起点站。扫描仪设站4次,按序列拼接依次计算各相邻测站间的配准参数,中误差及参数方差,并通过计算最终得到闭合差,按式(13)(14)进行误差分配,结果如表1。

表1 各扫描站的坐标转换参数及其改正数

Tab.1

Coordinatetransformationparametersandtheiradjustmentsateachscanningstation

扫描站

v

旋转角 ( )v

v x0vx0

平移量y0(m)vy0

z0vz0

1

2

30.01980.2930

40.02750.2868

10.03250.1095

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2 潘国荣,等.三维激光扫描拟合直线自动提取算法研究

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3 郑德华,岳东杰,岳建平.基于几何特征约束的建筑物点云配准算法[J].测绘学报,2008,37(4):464-468.(ZhengDehua,YueDongjieandYuejianping.Algorithmforbuildingscanningpointcloudregistrationbasedongeo metricfeatureconstraint[J].ActaAGeodaeticaetCartOgraphicaSinica,2008,37(4):464-468)

4 郑德华.ICP算法及其在建筑物扫描点云数据配准中的应用[J].测绘科学,2007,32(2):31-32.(ZhengDehua.ICPalgorithmandapplicationinthedataregistrationofildingiintcloud[J].ofSurvey0-0.1604-0.2413-0.4475-0.032500.0013

0-0.2005

0-0.0044-0.0669-0.0928-0.1095085.2963179.8737146.2096-0.034700

0.00143.9769

0.0212

6.9412

0.02945.0788

0.03470.0003

0-0.0000-0.0002-0.0003-0.0003

08.35162.2834-7.40610.01010-0.0004-0.0062-0.0085-0.01010-0.0015-0.0323-0.02160000

为了近似地评价误差分配的好坏,选择经过点站,

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