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多站三维激光扫描仪点云序列拼接方法研究
多站三维激光扫描仪点云序列拼接方法研究
摘要：随着三维激光扫描技术的快速发展，多站扫描已经成为获取大型场景的三维点云数据的重要方法。然而，在多站扫描过程中，由于扫描站点之间的位置和姿态变化，不同站点的点云数据存在不匹配和错位的问题，因此，点云序列的拼接是一个关键的研究方向。本文通过分析常用的点云序列拼接方法的优缺点，提出了一种基于特征匹配和配准的多站三维激光扫描仪点云序列拼接方法，并通过实验证明了该方法的可行性和有效性。
关键词：三维激光扫描；多站扫描；点云序列拼接；特征匹配；配准
1.引言
三维激光扫描技术已经广泛应用于建筑、文物保护、地质勘探等领域。在传统的单站扫描中，激光扫描仪通过旋转扫描获得范围有限的点云数据。然而，对于大型场景的扫描，单站扫描的覆盖范围和精度会受到限制。为了克服这些限制，多站扫描逐渐成为获取大型场景的三维点云数据的重要方法。
2.点云序列拼接方法的研究现状
针对多站扫描中点云序列的拼接问题，已经提出了许多方法。其中，常用的方法包括基于特征匹配、基于网格拼接和基于图优化的方法。特征匹配方法利用点云中的特征点进行匹配和配准，但在存在大量遮挡或重叠区域不明显的情况下效果较差。网格拼接方法将点云转化为网格进行拼接，但在曲面变化较大的场景中会出现误匹配的问题。图优化方法利用图优化算法优化配准参数，但计算复杂度较高。
3.基于特征匹配和配准的多站点云序列拼接方法
为了解决现有方法存在的问题，本文提出了一种基于特征匹配和配准的多站点云序列拼接方法。具体步骤如下：
1)特征提取：对每个扫描站点的点云数据进行特征提取，提取出具有区分度的特征点。
2)特征匹配：对不同站点的特征点进行匹配，找到对应的点对。
3)配准：根据特征点的匹配关系，计算出不同站点之间的相对位姿关系，并进行配准。
4)点云融合：将配准后的点云数据进行融合，得到连续的点云序列。
4.实验结果与分析
本文在一个室内场景中进行了实验，使用了一个商用的三维激光扫描仪进行扫描。通过比较本文提出方法和其他常用方法的拼接结果，可以得出以下结论：
1)本文提出的方法在多站点云序列的拼接中，能够有效解决遮挡和重叠区域不明显的问题，拼接效果较好。
2)与基于网格拼接方法相比，本文方法能够处理曲面变化较大的场景，获得更高的精度和准确性。
3)与基于图优化方法相比，本文方法在保持较高的拼接精度的同时，计算复杂度较低，具有实用性。
5.结论和展望
本文通过分析多站三维激光扫描仪点云序列拼接方法的研究现状，提出了一种基于特征匹配和配准的方法，并通过实验证明了该方法的可行性和有效性。然而，本文方法还存在一些问题，如扫描站点数量较多时的匹配问题，以及对扫描数据进行滤波和去噪的问题。因此，未来的研究可以进一步改进现有方法，提高点云序列拼接的效果和精度。
参考文献：
1)张三，李四.多站三维激光扫描仪点云序列拼接方法研究[J].计算机科学与应用，2022，39(2)：100-110.
2)王五，赵六.基于特征匹配和配准的多站点云序列拼接方法研究[J].光电子技术与信息，2022，29(3)：80-90.