[发明专利]一种基于点云光斑面积的定权方法

说明书

本发明提供了一种基于点云光斑面积的定权方法，属于三维建模领域中提高点云拟合精度的方法。技术特征在于：(1)根据激光光束的发散角以及激光源到达光斑的距离构建函数，求出光斑的投影面；(2)再由投影面、光斑面积和激光光束入射角的关系，反算出光斑面积，并进一步求出光斑直径；(3)根据正态分布的3σ原则，对光斑面积大小引起的点位误差进行定义，得出被扫描物体外观形状对扫描精度影响的定量表达式；(4)通过定量表达式建立三维激光扫描的点位精度模型，确定权阵。优点是：本发明考虑了物体外观特性对光束形成的光斑面积的影响，分析了光斑面积与扫描点位精度的关系，在此基础上定权，更符合三维激光扫描的点云特性，并可以有效的提高点云的拟合精度。

技术领域

本发明属于三维激光扫描点云建模领域，具体是一种基于点云光斑面积的定权方法，以期对光束在被扫描物体外观特性的影响做更全面的定量分析。

背景技术

因三维激光扫描仪是根据从物体表面返回的信号来获取物体的信息，因此，点云数据质量与被扫描物体的反射激光的路径和强度也有关，而反射路径和强度受物体外观物理特性的影响，其中物理特性包括外观形状和物体的材质、颜色、粗糙度、温度等，由于被扫描物体外观的材质、颜色、粗糙度和温度等各异，所以根据研究物体的外观形状对点位精度的影响，从而更合理的定权。

物体外观形状的不同直接影响光束的入射角和光束到达物体表面的光斑面积，因此在研究被扫描物体外观对点位精度影响问题中除考虑入射角因素还需顾及光束到达物体表面时的光斑面积因素，而光斑面积可通过光束发散角推出。因此，寻求一种更合理的定权方式很有必要。本发明在激光光束到达物体所形成的光斑面积为依据，对三维激光扫描物体的点云数据进行定权，以期对于物体外观特性对点云形光斑面积的影响做更全面的定量分析。

发明内容

本发明提供了一种基于点云光斑面积的定权方法，该方法将扫描物体外观特性引起的点云光斑面积变化用于拟合参数的求解问题中，能更合理的反映研究物体的外观形状对点位精度的影响，提高参数的拟合精度。

本发明实现发明目的采用如下技术方案：

一种基于点云光斑面积的定权方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：根据激光光束的发散角以及激光源到达扫描物体的距离构建函数，求出点云光斑的投影面；

步骤2：将步骤1求出的光斑投影面与激光光束的入射角构建函数，求出入射激光光束在物体表面形成的光斑面积；

步骤3：考虑光斑面积与被扫描物体外观特性对点位精度的影响，结合步骤 2构建的投影面函数关系式，根据光斑面积和光斑直径的数学表达式，推出光斑面积的直径；

步骤4：根据正态分布的3σ原则以及步骤3求出的光斑直径，对光斑大小引起的点位误差进行定义，得出被扫描物体外观形状对扫描精度影响的定量表达式；

步骤5：将步骤4获得的表达式建立点位精度模型，确定权阵。

作为优选，本发明提供的一种基于点云光斑面积的定权方法，所述的求出光斑投影面在步骤1中，已知光束的入射角α、入射激光光束在光束到达物体表面的光斑面积S、光束发散角ε、投影面积S┴、激光源到光斑的距离ρ，由简单的几何关系得：

S_┴＝πρ²sin²(ε/2) (1)

作为优选，本发明提供的，所述的激光光束在物体表面形成的光斑面积，一种基于点云光斑面积的定权方法其特征在于在步骤2中，由激光光束入射角、光束投影面和光斑面积的几何关系S┴＝S cosα，求出入射激光光束在物体表面形成的光斑面积S，所构建的函数关系如式(2)：

S＝πρ2sin²(ε/2)/cosα (2)