[发明专利]一种基于点云与影像数据的三维可视化方法和系统

权利要求书

1.一种基于点云与影像数据的三维可视化方法，其特征在于，包括下列步骤：

S1:将相机固定在三维激光扫描仪的水平旋转轴上，使旋转轴通过相机光心；对处于初始位置的相机和三维激光扫描仪进行标定，获得相机的内部投影矩阵以及激光扫描仪坐标系到初始相机坐标系的外部变换参数；使用标定好的相机和激光扫描仪分别采集目标场景的影像和点云数据；

S2:对点云数据进行上采样，将上采样后的点云数据投影到影像数据中进行融合，对融合后的点云数据进行着色，得到彩色点云数据；

S3:利用彩色点云数据进行三维渲染，得到目标场景的三维可视化模型；

所述上采样的具体实现方式：输入点云密度阈值，然后计算点云数据中的每个采样点的点云密度，对于密度小于点云密度阈值的采样点，查找其邻域点投影到切平面，形成投影点集；在切平面上构造投影点集的Voronoi图，选择半径最大的圆的顶点加入投影点集，并重新构造Voronoi图，重复构造Voronoi图，直到半径最大的圆的半径小于输入的圆的半径阈值；将新增顶点的投影点作为新增的点加入到点云数据中。

2.如权利要求1所述的一种基于点云与影像数据的三维可视化方法，其特征在于，所述步骤S2包括：

S21：对点云数据进行离群点去噪，对影像数据进行平滑和均衡化处理，对离群点去噪后的点云数据进行上采样；

S22：将上采样后的点云数据投影到影像数据中进行融合，计算点云数据中每个三维点对应影像数据的二维像素坐标，根据二维像素坐标对三维点进行着色，得到彩色点云数据。

3.如权利要求2所述的一种基于点云与影像数据的三维可视化方法，其特征在于，所述点云数据投影到影像数据中的第一幅影像的投影关系，由内部投影矩阵和外部变换参数决定。

4.如权利要求1所述的一种基于点云与影像数据的三维可视化方法，其特征在于，所述步骤S3包括：

S31:将彩色点云数据上传到远程应用服务器，远程应用服务器对彩色点云数据进行多分辨率处理并开启服务接口；

S32:通过浏览器访问服务接口，从远程应用服务器加载处理后的彩色点云数据并在浏览器中进行三维渲染，得到目标场景的三维可视化模型。

5.一种基于点云与影像数据的三维可视化系统，其特征在于，包括数据采集模块、数据处理模块和数据可视化模块，

所述数据采集模块，用于将相机固定在三维激光扫描仪的水平旋转轴上，使旋转轴通过相机光心；对处于初始位置的相机和三维激光扫描仪进行标定，获得相机的内部投影矩阵以及激光扫描仪坐标系到初始相机坐标系的外部变换参数；使用标定好的相机和激光扫描仪分别采集目标场景的影像和点云数据，输入数据处理模块；

所述数据处理模块，用于接收影像数据和点云数据，对点云数据进行上采样，将上采样后的点云数据投影到影像数据中进行融合，对融合后的点云数据进行着色，得到彩色点云数据输入数据可视化模块；

所述数据可视化模块，用于接收彩色点云数据，进行三维渲染，得到目标场景的三维可视化模型；

所述上采样的具体实现方式：输入点云密度阈值，然后计算点云数据中的每个采样点的点云密度，对于密度小于点云密度阈值的采样点，查找其邻域点投影到切平面，形成投影点集；在切平面上构造投影点集的Voronoi图，选择半径最大的圆的顶点加入投影点集，并重新构造Voronoi图，重复构造Voronoi图，直到半径最大的圆的半径小于输入的圆的半径阈值；将新增顶点的投影点作为新增的点加入到点云数据中。

6.如权利要求5所述的一种基于点云与影像数据的三维可视化系统，其特征在于，所述数据处理模块包括：

采样子模块，用于对点云数据进行离群点去噪，对影像数据进行平滑和均衡化处理，对离群点去噪后的点云数据进行上采样；

着色子模块，用于将上采样后的点云数据投影到影像数据中进行融合，计算点云数据中每个三维点对应影像数据的二维像素坐标，根据二维像素坐标对三维点进行着色，得到彩色点云数据。

7.如权利要求5所述的一种基于点云与影像数据的三维可视化系统，其特征在于，所述数据可视化模块包括：

多分辨率处理子模块，用于将彩色点云数据上传到远程应用服务器，远程应用服务器对彩色点云数据进行多分辨率处理并开启服务接口；

三维渲染子模块，用于通过浏览器访问服务接口，从远程应用服务器加载处理后的彩色点云数据并在浏览器中进行三维渲染，得到目标场景的三维可视化模型。