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申请/专利权人：重庆大学;重庆市测绘科学技术研究院

摘要：一种基于配准模板的桥梁点云数据多层次多视图配准方法，包括：1获取多个桥梁点云数据；2选择配准模板，并计算得到每个像素对应的网格尺寸；3将桥梁点云数据映射成二值图像；4将二值图像与配准模板进行匹配；5对错误匹配的桥梁点云数据的位置进行校正；6对校正后的所有桥梁点云进行聚类，得到若干扫描块；若每个扫描块均包括一个桥梁点云，则将所有扫描块的桥梁点云合并为一个桥梁点云，若任意一个扫描块包括多个桥梁点云，则将该扫描块中的所有桥梁点云合并为一个桥梁点云。本发明可处理大型桥梁的无序点云数据，避免了对人工标靶的依赖，本发明具有较强的灵活性和适用性，可以推广到不同类型的桥梁中。

主权项：1.一种基于配准模板的桥梁点云数据多层次多视图配准方法，其特征在于，包括以下步骤：1利用扫描仪扫描获取桥梁不同位置的点云数据；所述点云数据包括无序点云数据；2对扫描的桥梁点云数据进行预处理，去除背景点，得到多个桥梁点云数据；3选择配准模板，并计算得到每个像素对应的网格尺寸；4基于网格尺寸，将每一个桥梁点云数据映射成二值图像；5将映射的二值图像与配准模板进行匹配，得到二值图像与配准模板的匹配结果和扫描仪位置；6判断二值图像与配准模板的匹配结果是否有误，若是，则对二值图像对应的桥梁点云数据位置进行校正，步骤包括：6.1计算每一个桥梁点云数据的冗余度，并对冗余度进行统计，计算得到离散系数；6.2判断离散系数是否小于阈值，若是，则结束校正，若否，则将冗余度最高的前W个桥梁点云数据记为存在错误匹配的桥梁点云数据，令p＝1，并进入步骤6.3，其中，W为正整数；6.3将匹配结果中与第p个存在错误匹配的桥梁点云数据匹配度最高的前J个位置作为备选位置，J为正整数，令j＝1；所述备选位置为邻域范围内匹配度最高的位置；6.4针对第p个存在错误匹配的桥梁点云数据，计算该桥梁点云数据位于备选位置j时，与其他未被标记为错误匹配的点云数据之间的交集面积，并选择交集面积最大的K个点云数据，将每一个点云数据映射图像以E％的比例加到配准模板中，对配准模板进行修正，K为正整数；E为正数；计算修正后配准模板与映射图像在备选位置j的匹配度；6.5令j＝j+1，判断jJ是否成立，若是，则进入步骤6.6，若否，则返回步骤6.4；6.6选择具有最高匹配度的备选位置作为第p个点云数据的最终位置；6.7令p＝p+1，判断pW是否成立，若是，则进入步骤6.8，若否，则进入步骤6.3；6.8依据匹配得到的桥梁点云数据的相对位置关系，选择一个桥梁点云数据作为基准位置，将剩余的桥梁点云数据进行平移；7基于各个桥梁点云数据之间的重叠度和扫描仪所在位置，对校正后的所有桥梁点云进行聚类，得到若干扫描块，步骤包括：7.1以桥梁点云数据为节点，利用所有桥梁点云数据之间的相对位置关系建立位置全连接图；节点和节点之间的权重如下： 式中，Δx为两节点扫描仪位置的x坐标差值与桥梁宽度的比值，Δz为z坐标插值与桥梁高度的比值；其中，两节点的包围框的交并比IoU如下所示： 式中，分别表示节点节点的包围框；7.2采用Normalizedcut算法将所有的桥梁点云数据划分到不同的扫描块中；所述Normalizedcut算法的目标函数NcutA1,A2,…,Ak如下所示： 式中，i1为扫描块序号，i1＝1,2,...,k，k为拟划分的扫描块数目；为拟划分的第i1个扫描块；为扫描块的补集；其中，扫描块和扫描块的切图权重如下所示： 扫描块内各节点的度之和如下所示： 式中，i2为扫描块内的节点序号；为扫描块内第i2个节点的度；每个扫描块至少包括一个桥梁点云；若每个扫描块均包括一个桥梁点云，则进入步骤9，若任意一个扫描块包括多个桥梁点云，则进入步骤8；8对所述扫描块中的任意两个桥梁点云进行粗配准、配准错误识别并修正、精配准，从而将该扫描块中的所有桥梁点云合并为一个桥梁点云，步骤包括：8.1计算每一个扫描块中的任意两个桥梁点云数据的粗配准变换矩阵；8.1.1选择扫描块中的任意两个桥梁点云数据作为数据P和数据Q，利用随机采样方法分别将数据P和数据Q下采样至N个点云数据，得到两组点云数据，并对数据P和数据Q进行平移，使得数据P的点云中心作为坐标原点；8.1.2将粗配准问题建模为搜索最大集问题，以校正后的桥梁点云数据状态作为初始状态，并利用粒子群算法进行求解，得到使两组点云数据具有最多对应点对的粗配准矩阵；所述粒子群算法中的粒子表示旋转矩阵和平移矩阵的组合；8.2以每一个桥梁点云数据为节点，粗配准变换矩阵为边，建立全连接有向图，并利用闭环约束去除错误的粗配准变换矩阵，得到全连接图；8.3基于全连接图建立最小生成树，并对最小生成树进行精配准，将每一个扫描块中的所有桥梁点云数据合并成一个点云数据；9对任意两个扫描块的桥梁点云进行粗配准、配准错误识别并修正、精配准，从而将所有扫描块的桥梁点云合并为一个桥梁点云。

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