《基於廣義SIFT特徵驅動的LiDAR點雲嚴密配準/平差模型研究》是依託中國礦業大學，由王永波擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：基於廣義SIFT特徵驅動的LiDAR點雲嚴密配準/平差模型研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：王永波
- 依託單位：中國礦業大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
針對基於同名點狀特徵匹配的LiDAR點雲序列配準方法存在誤差累積、難以實現數據無縫拼接的問題，本研究立足於尺度空間理論，探索點雲的多尺度表達及其基於三維描述的地理實體表面SIFT特徵直接提取方法，以點狀、線狀、面狀SIFT特徵作為配準基元，以同名SIFT特徵間的距離與角度偏差作為配準誤差的量化指標來建立相應的誤差度量標準，構建LiDAR點雲配準的嚴密模型；以配準之後同名特徵間的偏差為零作為測站點定權的基本約束條件，研究配準誤差約束下基於距離準則的測站點定權方法，並據此構建基於廣義SIFT特徵驅動的LiDAR點雲嚴密平差模型，計算各測站坐標變換矩陣的改正數，進而實現對採樣點坐標的改正。通過本研究，實現基於LiDAR點雲的地理實體及其環境信息的全方位、高質量表達，達到構建整體一致的地理實體三維表面模型的目的，項目研究成果對推動LiDAR在空間三維數據採集中的深層次套用有著重要的理論與現實意義。
結題摘要
作為實現相鄰測站LiDAR點雲融合的一種重要手段，LiDAR點雲的高精度配準一直以來受到研究者們的密切關注。經典的LiDAR點雲配準算法大多利用單一特徵作為約束，且大多採用疊代計算的方式來解相鄰測站LiDAR點雲的配準參數，針對此類算法存在計算量大，對變換參數的初值依賴程度高、在求解大轉角相似變換參數時算法不穩定等問題，本研究開展了基於多種特徵共同約束的LiDAR點雲配準方法研究，致力於研發無初值條件下多種特徵相互約束的LiDAR點雲高精度配準方法。研究的主要工作如下：（1）引入了四元數作為描述空間旋轉變換的基本運算元，實現了基於四元數描述的Bursa七參數空間相似變換模型的表達；（2）基於Plücker坐標對三維空間中的直線進行表達，並發展了一種與之對應的空間平面的四參數表達方法；（3）導出了四元數與Plücker直線坐標、空間平面的四參數表達等相互之間的轉換關係，實現了三維空間中基於四元數描述的直線、平面特徵的空間相似變換；（4）立足於最小二乘基本理論，以配準前後同名特徵之間的完全重合作為前提條件，通過目標函式的極值化分析實現了基於點特徵、直線特徵、平面特徵相對應的LiDAR點雲無初值配準方法，以及基於平面特徵相對應、基於點線特徵相對應的LiDAR點雲疊代配準方法；（5）立足於中心投影的構像方程（共線方程），給出了基於單位四元數描述的單向空間後方交會的詳細實現思路，並對算法實現過程中所涉及的公式進行了詳細推導。至目前為止，通過VC++與Matlab對上述全部算法進行了編程實現，並與現有算法的配準結果進行了對比與分析，成果分別發表（部分成果仍在審稿或整理中）於ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing、武漢大學學報（信息科學版）、中國礦業大學學報（自然科學版）、測繪科學等刊物。
