基于视觉跟踪的手持多线激光点云全局配准方法

《ADVANCED ENGINEERING INFORMATICS》：Vision tracking-based global registration method for handheld multi-line laser point clouds

　　

雷登|刘桂花|戴敏|黄慧明|邓浩|饶伟

摘要

为了解决手持式多线激光扫描系统中由于点云稀疏、特征不明显以及视图间重叠度低导致的全球配准难题，本文提出了一种基于视觉跟踪的全球配准方法。该方法使用一个固定在多线激光重建子系统（MLRS）周围的球形目标作为跟踪参考，通过视觉跟踪子系统（VTS）实时观测该球形目标的运动来估计MLRS的姿态。首先，通过多视图重建、基于聚类的过滤和加权融合方法构建球形目标的完整三维（3D）点集。其次，通过联合校准确定VTS与MLRS之间的变换关系，然后将球形目标的完整3D点集转换到MLRS坐标系中，以此建立全球配准基准。最后，在扫描过程中，VTS实时观测球形目标，并通过自适应加权的3D到3D刚性配准来估计MLRS的姿态，从而实现局部重建点云的全球配准。实验结果表明，联合校准的重复性误差低于0.07毫米。在标准球体重建实验中，球体直径的最大绝对误差为0.031毫米，球心到球心的距离的最大绝对误差为0.112毫米。借助GPU加速，每帧的配准时间为63.198毫秒。所提出的方法实现了手持式多线激光点云的非侵入式全球配准，为后续的工程信息学任务（如3D信息建模、智能质量评估和自动化检测）提供了可靠的数据基础。