点云双目立体观测技术研究-论文.pdf

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1、2014年第4期·北京测绘·点云双目立体观测技术研究江恒彪刘先林。(1．茂名市特聘人才管理中·心；2．茂名市国土资源勘探测绘院，广东茂名525000；3．中国测绘科学研究院，北京100830)[摘要]三维激光扫描点云带来了大量客观世界信息，但在数据处理及可视化方面也给研究人员带来了新的挑战，单纯的三维明暗处理技术产生的点云图像并不具备可量测属性。为了获得真实的立体感，点云的可视化可以通过透视投影变换和0penGL技术产生左右两幅点云图像，通过双目立体观测的方法去重现点云实体世界。本文分析并验证了双目立体观测点云精度。[关键词]点云双目立体OpenGL透视投影

2、精度[中图分类号]P225．2，P204[文献标识码]A[文章编号]1007—3000(2014)04—4LiDAR(LightDetectionandRanging)技术不受天气、光线等客观条件限制，采用非接触测量的方式快速获取表面高精度密集三维坐标数据，已广泛应用于测绘制图领域。随着技术的发展，现在距离50m之内的目标位置扫描精度已达到1厘米左右。机载或地面三维激光扫描点云具有特征信息隐含、数据冗余、可视化困难等特点。为了更有效地处理点云数据，更形象地可视化点云数据，研究人员在点云数据存储与检索、精细表面建模、三维场景制作、特征提取等方面展开图1便用明晤

3、处理技术进行点云可视化了一系列的研究工作。直接使用基于WindowsAPI函数的方式直接l三维激光扫描点云可视化技术原理“画”在屏幕上，但三维实体的显示则要经过较为复杂的后台处理，甚至要使用到透视几何变换，与二维平面不同，现实世界三维物体要在计需要使用专门的三维图形接口工具来“画”(如算机屏幕呈现立体感，必须通过一系列可视化技OpenGL、D3D等)。这个后台处理过程一般称作术进行处理。点云数据处理系统的一个重要功图形流水线，三维场景数据经过加载、处理、光栅能是将采集到的LiDAR数据在计算机屏幕上向化后才能以二维的图形(像)输出到计算机屏幕用户呈现具有立体

4、感的点云画面，客观上还原丰上]。这一过程就好像由不同部分所组成的抽富的自然环境。由于物理世界内在的复杂性和水管道：图形被抽人，直到送出为止，然后，每一显示设备的限制，不可能向观察者呈现出观察自部分管道有一个单独的过滤器，对输入的图形产然环境时同样的光模式，因此，计算机系统为了生作用(除去未知数据、净化数据等)。在经过许达到视觉感知有效，显示的图像看起来跟“预期多步骤后，保留下来的图形从管道的另一端输的”一样，方法之一就是利用艺术家和画家开发出，显示在屏幕上，于是，就可以很自然地把这一出来的大量工具和技术，以便高效地传递视觉信过程比作3D制图流程，并把这些数据

5、化作自然息，如明暗处理(图1)；另一方法是直接建立在人图形组成的水流。图形流水线一般包括几个阶类视觉系统知识的基础上，如双目立体视觉]。段：(1)模型变换，这一阶段以世界坐标系输入3D二维简单几何形状如点、线、面等实体都可[收稿日期]2013—12—23[作者简介]江恒彪(1977一)，男，汉族，广东茂名人，博士，工程师(注册测绘师)，主要从事三维地理信息数据处理与建模工作。2·北京测绘·2014年第4期几何实体，在局部坐标系中，对实体进行平移和化是将几何数据和像素数据转换为片元。这个旋转操作；(2)顶点光照，进行光照和明暗处理；阶段确定了每个片元的颜色和深

6、度值；(7)显示，(3)视点变换，视点变换相当于固定三脚架并将片元被绘制到合适的缓存中，变成像素，通过计相机对准物体。使用相机拍照时，需要移动相机算机屏幕或其它设备显示出来。图2是OpenGL并使之对准某个方向，与此相似，视点变换通常渲染流水线，应该注意到，点云作为一种几何数由平移和旋转组成；(4)投影变换，投影变换将物据(顶点数据)，需要经过运算求值程序(如透视体投影到2D屏幕上。透视投影最显著的特征是投影等)和顶点操作，而像素数据(图像和位图)缩小：物体离相机越远，在图像上就显得越小；的处理过程与此不同，但最后阶段光栅化过程是(5)裁剪，剔除不用显示的实

7、体；(6)光栅化，光栅相同的。顶点数据像素数据图2OpenGL图形流水线像；在右相机投影下，点云集合在屏幕上产生右2基于双目立体视觉的点云可视化技术点云图像，左点云图像和右点云图像均为理论上明暗处理技术虽然给观察者提供了客观实的核线图像]。在左右点云图像中，视差主要来体的立体感，但研究人员通过对人的立体视觉的源于透视投影误差，由于屏幕坐标(图像坐标)生理机制研究发现：双目视差才能产生真正的立P、P为像素坐标整数，投影过程计算结果可能体视觉。被观察的外界目标由于双眼位置差异，存在像素坐标取整误差，因此透过像点P、P。双双眼视网膜上形成的物像也略有差异，大脑皮层

8、目观测P点时，屏幕像素取整误差会引起立体观对视差物像