[发明专利]一种凸球面镜反射的激光扫描数据获取与解算方法

说明书

本发明属于测绘技术领域，公开了一种凸球面镜反射的激光扫描数据获取与解算方法，将凸球面镜放置在作业空间的死角处，通过三维激光扫描仪对物体进行扫描，获得激光点云扫描数据，将激光点云扫描数据分离为直视表面区域点云、镜面定位圈区域点云、镜面反射区域点云，根据镜面定位圈区域点云获得旋转矩阵，根据旋转矩阵、镜面反射区域点云，解算凸球面镜反射激光点云中激光像点对应的物体上的物点点云坐标；将直视表面区域点云与凸球面镜反射激光点云中激光像点对应的物体上的物点点云坐标进行配准合成，得到物体的完整点云。本发明解决了现有技术中扫描对象非直视区域出现点云数据缺失和空洞的问题，能够得到物体的完整点云。

技术领域

本发明涉及测绘技术领域，尤其涉及一种凸球面镜反射的激光扫描数据获取与解算方法。

背景技术

由于国家对文化遗产保护的重视，越来越多的高新技术投入其中，包括利用激光扫描技术进行三维重建工作。激光扫描技术是高精度三维重建的重要手段,能够获取精度优于2mm的对象表面密集点云,在精密测量、虚拟地理环境、文物保护及虚拟现实等方面应用广泛。扫描对象的完整性是高精度三维重建的基本要求,为了保证对象数据尽可能完整,目前常用方法是:多站扫描和多种扫描仪联合扫描。然而对结构复杂且不可移动的对象如石窟寺、古建筑、雕塑等进行扫描时,往往因为作业空间受限、遮挡严重等问题造成扫描死角,在扫描对象非直视区域出现点云数据缺失和空洞等问题。

发明内容

本申请实施例通过提供一种凸球面镜反射的激光扫描数据获取与解算方法，解决了现有技术中由于作业空间受限、遮挡严重等问题造成扫描死角进而使扫描对象非直视区域出现点云数据缺失和空洞的问题。

本申请实施例提供一种凸球面镜反射的激光扫描数据获取与解算方法，包括以下步骤：

S1、将凸球面镜放置在作业空间的死角处；

S2、将三维激光扫描仪放置在与凸球面镜保持通视的位置，通过三维激光扫描仪对物体进行扫描，获得激光点云扫描数据；

S3、将所述激光点云扫描数据分离为直视表面区域点云、镜面定位圈区域点云、镜面反射区域点云；

S4、根据所述镜面定位圈区域点云，解算凸球面镜的镜面位置与姿态，获得旋转矩阵；

S5、根据所述旋转矩阵、所述镜面反射区域点云，解算凸球面镜反射激光点云中激光像点对应的物体上的物点点云坐标；

S6、将所述直视表面区域点云与解算得到的所述凸球面镜反射激光点云中激光像点对应的物体上的物点点云坐标进行配准合成，得到物体的完整点云。

优选的，所述步骤S1中，将凸球面镜固定在一个可多角度旋转移动的支架上。

优选的，所述步骤S2中，通过三维激光扫描仪对物体进行扫描时，调整凸球面镜的角度进行多次扫描。

优选的，所述步骤S4中，通过所述镜面定位圈区域点云解算出旋转矩阵，通过旋转平移使镜面的最大圆平面与三维激光扫描仪的坐标系平面平行。

优选的，所述步骤S5具体为：

建立凸球面镜反射激光点云中激光像点与原点的空间直线方程；

联立凸球面镜反射激光点云中激光像点与原点的空间直线方程、三维空间下的球面方程，获得空间直线与凸球面镜的交点坐标；

根据三维空间下的球面函数，获得空间直线与凸球面镜的交点在凸球面上的切平面方程；

根据切平面方程获得凸球面镜反射激光点云中激光像点关于切平面的对称点，所述对称点的坐标为凸球面镜反射激光点云中激光像点对应的物体上的物点坐标。

优选的，所述凸球面镜反射激光点云中激光像点与原点的空间直线方程为：