点云控制点提取关键问题研究

摘要

LiDAR(Light Laser Detection and Ranging)是激光探测及测距系统的统称，是一种集合激光测距技术、惯性导航系统(INS)以及全球定位系统(GPS)三种技术于一身的新兴系统，用来获取高密度、高精度的三维坐标点集云，并可以构造建立目标物体的三维立体模型，是获取空间三维数据信息的一种极其重要的技术手段，也是目前为止最先进的三维航空遥感测量技术。
　　由于LiDAR系统是由激光扫描仪、计算机控制导航系统、GPS/IMU(InertialMeasurement Unit)惯性导航装置、存储设备等多种硬件设备集成的一个复杂精密的测距系统，因此，其精度受到各个组成部分的误差制约和影响，这些子系统误差能直接影响到激光脚点坐标的精度一般表现为系统性的，能够在不同的程度上歪曲定位的结果。为了得到高精度的三维LiDAR点云信息，就需要研究这些误差的大小以及影响规律，并且使用一定的方法措施来减少这些误差的影响，而对于提高坐标精度的要求越来越受到关注。
　　本文的主要内容有以下几个方面:
　　1.详细的介绍了LiDAR测量系统的各部分组成，测距原理，各种误差来源，定义了LiDAR系统内部的坐标以及与外部坐标的转换，为基于靶标中控制点的LiDAR点云校准提供了理论基础。
　　2.针对LiDAR测量系统不能够对某一个指定的点进行测量来获取精确的三维坐标的问题，本文提出了一种特制的、具有特殊形状的靶标，以及定义了控制点在靶标中的位置，并且详细阐述了LiDAR点云中的控制点自动提取算法，并且做出了控制点自动提取算法的边界检测。
　　3.在基于控制点的LiDAR点云坐标校正中，将全站仪测得的控制点的三维坐标作为真实值，然后将控制点自动提取算法得到的控制点三维坐标向该真实值进行坐标转换，从而得到转换坐标参数，然后将全部的LiDAR点云数据通过该转换坐标参数全部转换到基于全站仪测得的高精度的坐标系中，得到更为精准的全部LiDAR点云数据。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 LiDAR的主要应用

1．3 国内外研究状况

1．4 本文的主要研究内容

第二章 LiDAR测量系统简介

2．1 LiDAR测量系统组成

2．1．1 测量平台

2．1．2 激光测距单元

2．1．3 GPS／INS组合导航系统

2．1．4 数码照相机

2．2 LiDAR测量系统测速原理

2．3 坐标系统以及坐标系统之间的转换

2．3．1 坐标系统

2．3．2 坐标系统之间的转换

2．4 LiDAR测量系统的误差来源

2．4．1 定位误差

2．4．2 激光测距误差

2．4．3 测角误差

2．4．4 系统集成误差

第三章 LiDAR靶标点云中控制点提取

3．1 靶标以及控制点的定义及作用

3．1．1 靶标以及控制点的定义

3．1．2 靶标以及控制点的作用

3．2 靶标的设计

3．3 控制点的求解模型

3．4 控制点自动提取算法

第四章 基于控制点的LiDAR点云校正

4．1 靶标网的建立

4．2 控制点自动提取算法的边界检测

4．3 基于控制点的LiDAR点云坐标校正

4．3．1 全站仪的精度评估

4．3．2 基于控制点的LiDAR点云校正

第五章 总结与展望

5．1 本文工作总结

5．2 今后的研究方向

参考文献

攻读硕士学位期间发表论文及科研情况

致谢