浅议三维激光扫描技术中纹理图像与点云的配准

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1、南京理工大学硕士学位论文三维激光扫描技术中纹理图像与点云的配准姓名：胡戬申请学位级别：硕士专业：控制理论与控制工程指导教师：郭玲20090608硕士论文三维激光扫描技术中纹理图像与点云的配准摘要利用三维激光扫描技术进行场景的三维重建在文物保护、考古研究、虚拟现实等多个领域有着广阔的应用前景。近年来，随着数据采集设备成本的降低，该领域受到了越来越多的学者的关注。然而现阶段研究热点大多集中在三维表面重建方面，却较少考虑重建模型的纹理特征，无法满足真实感三维重建要求。纹理映射工作是体现三维重建结果真实感的必要步骤，而实现该步骤的首要条件是解决纹理图像与三维模型(点

2、云)之间的配准问题。本文对该问题进行了研究，主要工作包括以下几方面：(1)从本实验室现有设备出发，分析了利用三维激光扫描仪进行三维模型重建的相关原理和技术，并总结了目前用于纹理图像与点云配准的基本理论；(2)在室内环境下，通过在数据获取过程中引入反射片作为标记物，设计了一种基于反射片配准的方法：分别提取反射片在纹理图像和点云中的形心坐标作为配准基元，计算出图像与点云两个坐标系之间的变换，从而实现配准；(3)在室外环境下，根据建筑物场景中往往含有大量直线和平面这一特点，给出了一种基于直线和平面特征的配准方法。首先分别提取纹理图像和点云上的直线，利用灭点的几何属

3、性从二维图像计算场景三维特征，然后分别计算两个坐标系的旋转变换和平移变换，从而实现配准。上述算法均在VC++平台下结合OpenGL进行了实现，并以本实验室的三维激光扫描设备采集实验数据，对算法进行了实验，验证了上述算法的有效性。关键词：三维激光扫描，纹理，配准，灭点，反射片Abstract3Dreconstructionofrealscenesby3Dlaserscanningtechnologyhasbeenusedwidelyinmanyfields，suchasCulturalRelicProtection,ArchaeologicalResearch

4、，andVirtualReality．Recently，withthereducedcostofdataacquisitionequipment，therehasbeenallincreasingattentiontothisfield．However，mostoftheresearchesaredonefor3Dsurfacereconstruction，neglectingtexturefeaturesofthereconstructionmodel，SOtheneedofphoto—realistic3Dreconstructionhasn’tbeen

5、satisfied．TexturemappingiSanecessarysteptoshowphoto．realisticresultsofthe3Dreconstruction，whichcanberealizedonlyafterregistrationoftextureand3Dsurfacemodel(orpointclouds)iSdone．Theabove．mentionedproblemisstudiedinthispaper,andthemaincontributionsareasfollows：(1)Thetheoryandtechnolo

6、gyof3Dreconstructionisanalyzed，takingthe3Dlaserscannerinourlaboratoryas0．11example．Thebasictheoryofregistrationoftexturesandpointcloudsisalsosummarized．(2)Fortexturemappingofindoorenvironmentaldata,allalgorithrnispresentedbasedonreflectorsastiepoints，whichextractscentroidcoordinate

7、sintextureimagesandpointcloudsrespectivelyandtakesthemasregistrationelementstocomputethetransformationbetweenthetwocoordinatesystems，SOastoachievetheregistrationoftexturesandpointclouds．(3)Fortexturemappingofoutdoorenvironmentaldata,especiallythosewithagreatnumberoflinesandplanes，a

8、registrationmethodbasedonl