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淘豆网网友近日为您收集整理了关于激光点云与全景影像配准方法及精度分析_鲍秀武的文档，希望对您的工作和学习有所帮助。以下是文档介绍：第一作者简介: 鲍秀武(1989—), 男, 硕士研究生, 2012 年毕业于武汉大学测绘学院, 获学士学位, 现从事摄影测量与遥感的理论和应用研究。E-mail: baoxiuwu@whu.。激光点云与全景影像配准方法及精度分析鲍秀武, 闫利, 谢洪,曹亮武汉大学测绘学院,湖北武汉 430079摘要:针对全景成像系统获取的全景影像的内外方位元素未知的问题,充分利用激光点云的可量测优势和全景影像的 360°视场角浏览查看的优点,提出并实现了一种基于点特征的激光点云和全景影像的配准算法。该方案只需在激光点云和全景影像上各提取少量同名特征点便可进行配准,试验表明,该算法能够很好地实现全景影像与激光点云的精确配准。关键词:移动道路测量系统,全景影像,激光点云,配准1 引言移动道路测量系统(MMS:Mobile MappingSystem)是当今测绘界最为前沿的科技之(李德仁,),其集成了全球***(GPS)、惯性导航(INS)、图像处理、摄影测量、激光扫描、地理信息及集成控制等技术,通过采集激光点云与全景影像,由卫星及惯性定位确定激光点云数据三维绝对坐标及全景影像的位置姿态等测量参数,实现影像的浏览和量测。传统的数据采集是非常艰苦的工作,需要大量人工现场数据采集和后续的数据整理。而由于车载 MMS 具备精确、快速、信息丰富、使用方便等诸多优点,如今,车载 MMS(如图 1 所示)已被公认为是最佳的电子地图测制、地图修测及实景三维 GIS 数据采集工具。基于 MMS 采集的可量测影像数据和激光点云数据已被广泛应用于政府和企业信息化及公众位置服务领域。图 1 移动道路测量车在移动测量系统中,由于移动测量车往往行驶于城市当中获取街景,街道两旁的高楼大厦和路旁的树木会挡住 GPS 接收信号,导致定位精度降低。并且,由于惯性导航设备对时间发散,当GPS 长时间处于无信号状态时,惯性导航定位精度会严重降低,甚至无法使用。再加上仪器组装上的一些系统偏差,导致全景影像和激光点云数据无法重合到一起,这就需要对激光点云与全景影像进行精确配准。2 22 激光点云和全景影像数据2.1 激光点云数据三维激光扫描测量技术是一项创新性的数据测量手段,它克服了传统测量技术效率低、信息损失大、安全性差、劳动强度大的缺点,以及专业性高难以推广应用的局限性。它采用非接触式主动测量的方式直接获取目标环境的高精度三维数据,能够对任意物体进行扫描,且没有白天黑夜的限制,快速高效地将现实世界的环境信息转换成易于计算处理的数据,并最大程度的还原了真实社会环境,获取的激光点云数据信息量丰富、直观可视、便于使用、扩展性强(周落根等, 2012)。(a) RIGEL VZ-400 (b) SICK LMS291(c) FARO FOCUS 3D图 2 几种常见地面激光扫描仪激光扫描仪(如图 2 所示)的原始扫描数据是基于扫描仪坐标系统的,随着车体的移动及姿态变化,激光扫描仪坐标系的原点以及坐标轴的指向随时间不断变化,即原始扫描数据中的各扫描点处于不同的坐标系中,因此从车载激光扫描仪中获得的原始激光扫描数据无法直接使用,必须将其统一到同一个坐标系统中。通常可利用车载移动测量系统中的激光扫描结果和位置姿态数据进行融合,从而获得多站激光点云的大地坐标。具体而言,将原始激光扫描数据转换到大地坐标系可分为以下两个步骤,第一步:将激光扫描数据转换到惯导坐标系中,其转换参数可通过激光扫描仪的外标定获得;第二步:将激光数据由惯导坐标系转换到大地坐标系,其转换关系由 POS系统提供,转换关系如图 3 所示。由于激光点云的标定精度直接影响到基于激光点云和全景影像的量测精度,因此本文进行试验的激光点云是已经通过标定场标定好的数据, 标定精度达到20cm。图 3 车载三维激光扫描系统各坐标系间关系经过标定后的激光点云数据如图 4 所示。图 4 标定后的激光点云数据2.2 全景影像数据车载三维移动测量系统采用了同步多相机全景成像系统(如 Ladybug 3 全景相机)获取全景影像,其成像复杂性决定了常规投影变换模型不能准确描述全景影像的几何成像关系,因此必须建立同步多相机全景成像系统的严格成像模型,以描述任意点的世界坐标与其对应的全景影像坐标间几何关系,从而建立全景影像与三维模型(主要为激光点云)间的纹理映射关系。采集全景影像数据的硬件设备是 Point Grey公司的 Ladybug 3 全景相机。Ladybug 3 全景相机是实现全景视觉的理想产品。它采用 6 台数字相机结合,5 台分布在侧面,1 台在顶部,如图 5 所示。它可以得到整个全景 360°的图像,覆盖整个球面的 75%以上。Ladybug 3 全景相机能够实时完成图像采集、处理、拼接和校正等工作,将多台相机采集的图像组合成一幅数字全景影像。鲍秀武等:激光点云与全景影像配准方法及精度分析 3 3图 5 Ladybug 3 全景相机利用车载 Ladybug 3 采集全景影像后,利用全景数据整理工具将 POS(Positioning andOrientation System)位姿数据插入每幅全景影像中,这些 POS 数据包括:全景影像中心的 WGS-84坐标系下的绝对坐标,全景影像的姿态信息(俯仰角、翻滚角、航偏角)。将全景影像数据导入软件中后,全景影像已经与激光点云粗配准好,但是由于 GPS 信号不稳定、惯性导航定位定姿误差累积和 Ladybug 3 全景相机相对 POS 的位置计算等的带来的误差,导致全景影像和激光点云存在偏差,未能重合到一起。3 全景影像与点云的配准模型由于全景影像的初始位置和姿态不准,导致无法与激光点云达到很好的“重叠”效果,这就需要对其进行精配准。在纹理图像与激光点云的配准中,当前主要是采用基于直线与平面特征的配准方法,即首先分别提取纹理图像和激光点云上的直线,利用灭点的几何属性从二维图像计算场景的三维特征,然后分别计算两个坐标系的旋转变换和平移变换,从而实现配准(胡戬,2009)。这种方法操作复杂,对无畸变的普通框幅式像片可行,但是全景影像中存在很大的畸变,道路和建筑往往都是弯曲的,需要先解畸变再进行特征提取,而且从大数据量的激光点云中提取直线算法的时间复杂度和空间复杂度都很高,不易于程序实现。本文提出的基于点特征的配准方法,在全景影像和激光点云上分别获取同名点,根据共线条件方程解求平移参数和旋转参数,算法简单灵活,抗畸变性强,直接获取激光点云点,易于程序实现。由于全景影像中心、全景影像上像点和激光点云上同名点满足三点共线的成像条件(如图 7 所示),可采用共线条件方程描述这三点间关系,本文运用罗德里格矩阵形式进行七参数法坐标转换[5],从而建立全景影像与激光点云的配准。设全景影像中心(全景球球心)初始坐标为T[ ]0 0 0X Y Z ,可根据车载移动测量系统的 POS数据和整体标定结果计算得到;设缩放系数为 ,像点的球心坐标为[ ]Tu v w ,同名点激光点云坐标为[ ]TX Y Z ,旋转矩阵为 R 。图 7 全景球球心、像点、激光点云同名点三点共线根据共线方程,全景影像、全景影像上像点和同名激光点云点间的转换关系如式(1)所示。0 00ZZYYXXλRwvu(1)从式(1)中可以看出,像点坐标和同名点激光点云坐标类似于解析摄影测量中的相对定向中的坐标转换。两空间直角坐标系的转换关系如图 8所示,显然,这两种空间直角坐标系可通过平移和旋转取得一致,且坐标系间转换关系可用式(2)表示。图 8 两空间直角坐标系的转换示意图4 4ZYXZYXλRZYX(2)XYZXYzYZXYzYXZXZXXYZXYzYZXYzYRcoscoscossincossinsinsinsincoscossinsincoscossincoscossincossinsinsincossinsinsincoscos(3)其中,
为坐标系间的比例尺度因子;TZYX ][
为平移矩阵。由式(2)可以看出,只要求出 X 、 Y 、 Z 、X 、 Y 、 Z 、 这 7 个转换参数,或直接求解平移矩阵和旋转矩阵,即可实现两个坐标系间的转换。常见的坐标转换方法有两种,一种是基于泰勒级数展开的转换方法, 一种是罗德里格矩阵(Roderick matrix)形式的转换方法。第一种转换方法是非线性的,且只能针对小角度旋转角(小于 1 度)的情况,而基于罗德里格矩阵形式的转换方法充分利用了旋转矩阵为正交阵这一特性,这种转换是线性的,不需进行迭代,算法简单,易于编程实现,且适用于任意旋转角的坐标转换。本文采用罗德里格矩阵形式进行旋转矩阵和平移量的求解。首先利用文献(张钧等,2006)中的推导,可得出:
(4)则对于 n 个公共点,可得到 的最小均方估计:
niTiiiniTiiiTiiiZYXZYXZYX1 21(5)根据罗德里格矩阵,可将旋转矩阵R 表示为式(6),其中I 为单位矩阵,S 为反对称矩阵:)()( 1SISIR
(6)设0 00abacbcS ,则坐标重心化后可得到式(7)。giigiigiigiigiigiiniigniigniigniigniigniigZZZYYYXXXZZZYYYXXXnZZnYYnXXnZZnYYnXX,,,,,,,,111 111(7)综上所述,可推导出基于罗德里格矩阵的转换模型如式(8)所示。cbaXXYYXXZZYYZZZZYYXX0 0)()()(0(8)鲍秀武等:激光点云与全景影像配准方法及精度分析 5 5针对该转换模型的非线性形式,需要对其进行线性化处理,以建立其总体误差方程,如式(9)所示:
nnn LXAV (9)其中,
TcbaX 13nnnnnnnZZYYXXZZYYXXL11 1111 13.PLAPAAX TT 1 13 )(
(10)利用最小二乘原理求解罗德里格参数如式(10)所示。求出罗德里格矩阵三元素(a,b,c)后,根据式(6)求解旋转矩阵,进而根据式(2)求解平移参数(张卡等,2008)。解求出了旋转平移参数后,旋转平移全景影像,使其与激光点云完全配准。4 配准实验与分析在实验过程中,采用了地面三维激光扫描仪采集的激光点云数据(已标定)和 Ladybug 3 全景相机采集的全景序列影像进行配准。基于全景影像与激光点云的配准是基于手工提取激光点云和全景影像上的同名点来进行的,同名点个数应为三个或者三个以上,个数越多,同名点分布越均匀,配准精度越高。实验选取了 10 对激光点云与全景影像同名点,6 对作为控制点,其余 4 对作为检查点。检查点的反投影误差统计情况如表 1 所示。激光点云与全景影像配准前和配准后的效果如图 9、图 10 所示。图中红圈圈出的是特征角点,便于查看配准效果。从图 9、图 10 中两图对比可以看出,三维激光点云数据与全景影像的精配准达到了很好的效果。细节方面都达到了高度重合。全景影像的配准精度取决于同名点对选取的数量、选点的精度以及点云的稀疏程度等因素。从目视效果来看,本文提出的配准算法实现的效果很好,能够实现全景影像与激光点云视觉上的完美“重叠”。从检查点的反投影误差统计表中也可以看出,检查点反投影误差最大不超过3个像素,这也与图10配准后的效果是相符的,共同表明本文所提出的算法是正确的。表 1 检查点反投影误差统计表投影到全景上坐标人工判读坐标误差x y z x y z dx dy dz15.952 -8.453 8.606 17.253 -7.012 7.685 1.301 1.441 -0.921 12.73 15.257 2.271 11.217 15.384 3.982 -1.513 0.127 1.711 9.093 17.798 -0.738 11.254 17.204 -0.302 2.161 -0.594 0.436-10.206 16.844 -3.48 -10.892 18.211 -1.265 -0.686 1.367 2.2150 0)()()(0 00)()()(0 133nnnnnnnnnnnnnXXYYXXZZYYZZXXYYXXZZYYZZA6 6图 9 配准前效果图 10 配准后效果5 结束语本文就移动测量系统中激光点云与全景影像的配准技术进行了较详细的阐述和研究,提出并实现了一种基于罗德里格矩阵的配准方法,并利用实际生产项目中的车载激光点云和全景影像数据验证了本文提出算法的正确性和实用性。移动测量系统是3S(GPS、RS、GIS)集成技术的具体体现,MMS 拓展了空间信息科学的研究和应用领域,建立了较完整的空间信息网络服务技术体系,促进了空间信息学科的发展,在国防、交通、铁路、公安、数字城市建设等领域得到广泛的应用。本文的配准方法可广泛应用于车载移动测量系统实践(城市街景、基础测绘、公路 GIS 与公路路产管理等)中,为基于可量测实景影像(DMI: Digital Measurable Images)的空间信息服务(李德仁,2007)的建立奠定基础。目前,激光点云和全景影像都朝着大数据量方向发展。动辄几十 GB 的海量点云,以及分辨率更高的序列全景影像是目前大势所趋。因此,如何提高海量激光点云与序列全景影像配准的自动化水平和效率是当前技术重点和难点。考虑到车载全景影像航向重叠高达 60%以上,借鉴多视角序列影像三维重建技术(陈林,2012),对序列全景影像进行相对定向、密集匹配,生成三维点云,最后进行绝对定向,并将绝对定向参数直接用于序列全景影像与海量激光点云的配准中,这将是下一步研究的主要方向。REFERENCES李德仁. 2006. 移动测量技术及其应用[J].地理空间信息,4(4):1-5.李德仁,关泽群. 2000.空间信息系统的集成与实现.武汉:武汉测绘科技大学出版社.周落根,韩聪颖. 2012.移动测量系统及实景三维技术的发展与应用[A].组委会,移动测量技术及其在数字城市中的应用高峰论坛论文集.武汉:组委会:111-120.胡戬. 2009.三维激光扫描技术中纹理图像与点云配准.南京:南京理工大学.张卡,张道俊,盛业华等.2008.三维坐标转换的两种方法及其比较研究.教学的实践与认识, 38(23):121-128.张钧,柳健,刘小茂. 1998. 利用罗德里格矩阵确定三维表面重建中的绝对定向模型.红外与激光工程,27(4):30-32.李德仁. 2007. 基于可量测实景影像的空间信息服务.武汉大学学报.信息科学版. 32(5):377-380.陈林. 2012.多视角影像三维重建技术研究.武汉:武汉大学.鲍秀武等:激光点云与全景影像配准方法及精度分析 7 7Research of Registration Based on Panoramic Images and LaserPoint CloudBAO XiuWu,YAN Li,XIE Hong, CAO LiangSchool of Geodesy and Geomatics, Wuhan University, Wuhan 430072, Hubei, ChinaAbstract: This paper brings forward a bined laser point cloud and spherical panoramasto achieve continuous registration and measurement based on taking full advantage of the benefits ofmeasurable laser point cloud and 360° browsing of panoramic images. Particularly for unknown internaland external elements of panoramic images problem solving. The method only needs a few homologuepoints from laser point cloud and panoramic images to register. The experiment shows that this methodcan realize registration perfectly.Key words: Mobile Mapping System, Panoramic Images, Laser Point Cloud, Registration播放器加载中，请稍候...
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第一作者简介: 鲍秀武(1989—), 男, 硕士研究生, 2012 年毕业于武汉大学测绘学院, 获学士学位, 现从事摄影测量与遥感的理论和应用研究。E-mail: baoxiuwu@whu.。激光点云与全景影像配准方法及精度分析鲍秀武, 闫利, 谢洪,曹亮武汉大学测绘学院,湖北武汉 430079摘要:针对全景成像系统获取的全景影像的内外方位元素未知的问题...
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丰田威飒原车屏安装360度无缝全景俯视影像|四路行车记录仪
& & 丰田威飒，不仅在外观方面采用了SUV+Coupe的造型设计，整体及细节都与我们对丰田车型的印象有比较大的出入。威飒就是那满大街跑的汉兰达的兄弟车型，用的都是一套底盘系统，本质上可以说是一款偏向运动风格的汉兰达，不过在外观方面它基本看不出汉兰达的影子，因此无论是居家感还是运动感都要比汉兰达有着本质的区别。
简单的了解了这款车，接下来说说威飒此次安装的这套360度全景影像四路行车记录仪。
第一，它是360度全方位鸟瞰影像系统。
& & &前后左右4个摄像头，四路视频无缝对接，使用技术完善的工程模式设置和独有的画面自动校准功能，拥有自动拼接和自动校准功能，形成立体影像，组成一副完整的360度全景俯视，前后左右，清晰直视，消除视觉盲区，不再手忙脚乱。
第二，它还是四路行车记录仪
& & 行车记录仪逐渐成为每位车主必不可少的车载用品，不同的行车记录仪的侧重功能也不同，360度的全景行车记录仪的四路图像记录功能完善了传统记录仪的不足，360度停车智能监控，零死角行车记录仪功能，遇到擦挂事故，可以随时调出来取证。自带的循环录影功能，可以让你无间断的连续录像，当内存卡录满之后无需担心如何删除，机器自动帮您删除最开始写入的就档案，录入新档案。
360度全景行车记录仪虽然功能强大，但是比起其他的行车记录仪的安装过程都要复杂些，这里就跟大家分享一下威飒安装过程。
画面都在威飒原车屏生显示观看。
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全景泊车影像车推荐 方便才是硬道理
&&现在的汽车已经不是过去简单的代步工具了，无论是司机还是乘客都需要更方便、更轻巧、更舒适的体验，这方面有不少电子设备可以起到这样的作用，比如今天介绍到的全景泊车影像，就可以让以前对停车非常头痛的司机瞬间自信起来。选择全景泊车影像车型的主要理由：&一、使用方便，无论是对于大车还是小车，在狭窄的地方作用尤其明显；&二、克服了倒车影像或者雷达不够直观、全面的缺陷，可以有效防止事故风险，比如压到花花草草，或者掉到沟里面&&&进入选车中心，现在有倒车影像的车型真不少：&50万元以内的装备倒车影像的车型共有177个车系，550款车型&日产逍客&全景泊车影像车型指导价格：18.08-21.98万元&日产逍客引入国内已经不短时间，一再对配置升级之后，它也成为了这个级别的市场主力。逍客是采用全景泊车影像系统中体型较小的车型，它4.3米的车长非常适合在城市中穿行，而装上全景泊车影像之后，也变得更适合新手或者女性驾驶者使用。&日产逍客 2012款 2.0CVT四驱 龙(XV)&逍客的中高配车型都配备了AVM全景影像监控系统，通过四个摄像头将车身四周的影像都显示在中控台顶端的7英寸多功能显示屏上，用起来非常方便。即便是没有全景影像的次中配自动车型，也配备了倒车影像，算是有所弥补。&日产逍客 2012款 2.0CVT四驱 龙(XV)&逍客 2011款 2.0CVT四驱 龙(XV)&逍客的全景影像车型采用了2.0排量的自然吸气发动机，最大功率为106千瓦，最大扭矩198牛&米，均匹配日产的CVT无级变速器。这套动力系统的平顺性、经济性和动力表现在同级对手中属于中上水平，8升出头的综合百公里油耗对于这样的城市SUV (专区)车型还算可以接受。&日产逍客 2012款 2.0CVT四驱 龙(XV)&逍客在配置丰富之后，值得一提的配置也为数不少，它的四驱车型采用了一套独特的分时+适时四驱的四轮驱动系统，比较智能化。逍客的全景影像车型均配备了包括前面双气囊、侧气囊和侧气帘在内的多气囊系统，四驱车型则均配备了全景天窗，在这个价位已经具备了很具竞争力的性价比。&日产逍客 2012款 2.0CVT四驱 龙(XV)&
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这此我可是真的亲身感受了一下海马S5的360只能辅助系统。之前总是在网上看各种人说的这个各种牛B，这次算数真的体验到了。我是第一次开四个摄像头的车，感觉还是新鲜的呢，而且在打转向时，同侧的摄像头就有显示，这点儿在过限宽桩时很实用。而且在倒车或者将车停入车位的时候更加凸显出了这个系统的优势，这个系统简直就是无敌了。用这个价位能买到这样的系统，就是赚啦啊！这在同级车中几乎是没有的。
国内好几款车都有配备&不稀奇
明天会怎样...期待着
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海马S5搭载的360度全景影像发抖
投诉编号：【114694】
投诉品牌： 海马郑州
投诉车系： 海马S5
投诉车型： 2014款 1.6L 手动 智骋型 5座
投诉时间：
投诉内容：
海马S5搭载的360度全景影像发抖，希望厂家能尽快帮忙解决一下。
投诉回复：
海马郑州厂家回复：客户之前筹办车友会没时间，近日进店检修，需要更换一个配件，服务店已订购，因配件运输需要时间，服务店已与客户协商一致，待配件到店后进店更换。
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