基于 RA NSAC 的残缺平面标靶稳健定位方法

针对圆形有效反射区域的平面标靶拖尾点和因遮挡造成的数据缺失问题,提出一种基于RANSAC的残缺平面标靶稳健定位方法。文中采用RANSAC算法拟合标靶平面,使经过测距误差修正的反射点规整位于标靶平面;利用Givens变换将空间三维圆拟合简化为二维圆RANSAC拟合。采用两个实验分析同一平面标靶因不同遮挡对定位精度的影响。结果表明,该方法能够有效解决拖尾点和数据缺失问题,提高平面标靶定位的鲁棒性。     

基于凸包算法和抗差最小二乘法的激光扫描仪圆形标靶中心定位

针对激光扫描仪圆形平面标靶点云数据缺失或冗余时不易准确获取标靶中心的问题,提出一种稳健的中心定位算法。首先根据回光强度提取标靶点云数据;然后剔除标靶点云数据粗差点,拟合标靶的最佳平面;接着利用凸包算法提取标靶边缘点;最后利用抗差最小二乘求解标靶的中心坐标。实验表明,该算法定位精度能达到亚毫米级,可以有效解决标靶数据缺失或者冗余时标靶定位精度低的问题,提高标靶的中心定位的稳健性。     

利用二维DLT及光束法平差进行数字摄像机标定

利用共线方程和二维DLT之间的对应关系导出了由二维DLT的8个参数表达的主纵线方程式，讨论了主点初值和求解方法，给出了单张像片摄像机参数分解不惟一性及临界序列的证明，详细推导了利用二维DLT参数分解摄像机外方位元素初值的实用算法，论述了利用光束法平差进行摄像机标定的数学模型，实际图像数据实验取得了很好的结果，验证了本文所提出的摄像机标定算法的可行性。     

标靶几何分布与点云地理化精度的关系

针对点云地理化的不确定性,该文对其进行了研究,首先提出了能有效描述标靶几何分布的奇异性指标,然后推导了奇异性指标计算公式及其与地理化参数的关系,发现地理化参数与标靶和扫描站构成几何图形的体积有关,通过实验验证了标靶几何分布与点云地理化参数、扫描坐标转换后精度的关系,并提出了在地面激光扫描实用过程中标靶布设原则。     

地下移动激光扫描系统平面合作标靶设计研究

随着室内室外一体化、地上地下一体化等测绘概念的提出,研究了地下移动激光扫描系统的合作标靶。合作标靶是系统的重要组成部分,包含已知坐标的合作标靶对仪器姿态参数的纠正起重要作用。为了制作高效的平面合作标靶,本文对标靶的选材、形状设计、尺寸设计等开展了详细研究。探讨了白纸、背胶纸、塑料板、油漆面、徕卡激光反射标靶、铝合金、强反射膜对点云平面拟合精度的影响差异;探讨了三角形、五边形、圆、六边形、正方形、圆环六种形状标靶对测距精度的影响;最后探讨了标靶平面面积对测距精度的影响。研究结果对平面标靶的设计及选材具有较好的借鉴意义。     

一种高精度二三维联动算法

二维地图和三维场景集成是当前GIS的一种重要应用方式,本文在研究分析平面地图和三维场景联动特点的基础上,提出了高精度二三维联动算法的要点,推导了根据平面地图参数定位三维场景及其反过程的计算公式,并根据数字高程模型对算法结果进行修正,对算法的定位精度进行了分析。实验结果表明,算法具有很高的定位精度和稳定性。     

基于四参数-ICP的点云配准研究

利用三维激光扫描获取目标物点云数据的过程中,为了得到完整的目标物点云,则需要在不同站点对目标物进行扫描,从而需要对不同站点点云数据进行配准,而传统的点云配准都是基于至少三个标靶点的配准,配准效率低且没有考虑区域点云精度不均匀的影响,而基于无标靶的ICP配准算法时间效率比较低。针对此,本文将四参数算法和改进的ICP算法进行结合,在只需要两个标靶的情况下便可快速的完成点云配准,最终通过实例分析验证了该配准方法不仅精度高,且配准效率高。     

地面三维激光扫描点云拼接影响因素分析

在地面三维激光扫描仪进行三维建模过程中,需要对不同测站的点云进行拼接。为了提高不同测站点云拼接精度,本文开展了球形标靶表面扫描点数量、标靶的分布和数量及扫描距离4个因素对三维激光扫描仪不同测站下点云拼接精度的影响研究。采用法如（FOCUS）三维激光扫描仪开展了不同扫描分辨率、不同标靶数量、不同标靶分布和不同距离下的点云拼接试验,并采用SENCE软件对点云进行了拼接精度分析。试验结果表明,选择两测站的标靶表面的扫描点数量大致相等,并将4个标靶作为连接点,且放置在不同高度不规则排列时,点云拼接的精度最优。     

球形标靶的固定式扫描大点云自动定向方法

根据目前地面激光扫描数据获取速度快、数据量大、测量距离远、专用特殊材料制作的标靶识别距离近、点云定向数据处理相对滞后、自动化程度低、不能适应远距离地形测量的现状,提出了从大点云中(每站1亿点以上)自动探测远距离标靶的点云定向方法。该方法首先根据标靶控制点的工程测量坐标信息,搜索到标靶所在点云环,然后对各点云环进行扇形分区,快速探测标靶,获取标靶中心扫描坐标,最后平差计算扫描仪位置参数和姿态参数,实现点云坐标到工程测量坐标的转换。该方法在普通配置的计算机上得到实现,并成功用于远距离山区地形测量,其中定向标靶半径0.162m,标靶到扫描站距离在180~700m之间。     

基于共面条件的点云配准旋转角参数求解方法

针对目前LiDAR获取的点云数据配准中ICP算法迭代计算效率较低和使用标靶配准时精扫标靶费时费力等问题,提出利用扫描地物所包含的平面特征及点云数据的离散特性,通过拟合平面得到平面的单位法向量进行旋转角的求解.由于点云数据中含有误差,使用拟合平面的法向量不仅避免了对标靶的精细扫描,而且也消弱了点云误差对转换参数的影响.最后通过实例验证了本文方法的可行性与严密性.     

局部相位相关法在密集匹配中的应用及精度分析

传统相位相关算法广泛应用于图像配准与拼接中。本文通过对双目立体像对的加窗二维傅里叶变换,采用局部相位相关法获取互相关功率谱,实现图像局部相位相关,得到图像窗口间的亚像素级平移参数,进而获得窗口中心处的视差值。试验结果表明,在选择合适的窗口尺寸下,该算法匹配精度较高,且对随机噪声和光照变化具有较强的稳健性。     

四元组标靶辅助下的RGB-D室内点云配准

面向室内弱纹理三维重建需求，本文以RGB-D摄影测量技术获取室内点云为基础，提出了四元组标靶辅助的点云配准方法。该方法首先通过阈值筛选大曲率点，自动识别邻接点云中的辅助标靶，然后采用随机采样一致性表达方法，拟合标靶参数及其中心坐标，并根据拟合参数匹配同名标靶中心，通过刚性转换完成邻接点云粗配准。在此基础上，迭代估算邻接点云间的重叠区域，优化点云间的配准参数，从而实现点云精配准。利用Kinect相机获取两类室内场景各12站点云对本文方法进行测试，试验结果表明，配准后的多站点云间距最大均方根误差优于一个采样间隔，证明了该方法在弱纹理室内点云配准中的可靠性。     

利用FFT技术计算大地水准面高若干问题研究

本文首先从普通二维 FFT算法的基本定义和要求出发 ,深入分析和比较了大地水准面二维平面和二维球面 FFT算法的特点和差异 ,找出了影响二维球面 FFT计算精度的主要误差源 ,并给出了二维球面 FFT计算公式的改进形式。在此基础上 ,本文详细分析讨论了参考场选取、积分球冠半径确定以及核函数改化对大地水准面计算结果的作用和影响。最后 ,本文利用全国 5′× 5′实测重力异常对我国海陆大地水准面进行了试算 ,并将计算结果分别同陆上GPS水准和海上卫星测高观测值作了比较。     

扫描入射角对点云测量精度的影响

扫描仪在测量过程中的测量精度会受到各种误差因素的影响,本文主要研究激光束入射角对点云测量精度的影响。通过对不同入射角情况下的板砖和球形标靶组成的工装进行测量,分析不同的入射角对板砖平面拟合精度的影响及不同的扫描入射角拟合出的平面相对于球形标靶中心距离的变化,并对平面拟合标准差及球形标靶与平面之间距离变化的规律进行了分析。     

车载激光扫描系统的动态标定

针对常见的利用靶球对激光断面扫描仪标定的静态、繁琐、低精度、不具实时性,该文设计了一种平面反射片标靶,组合利用里程计与惯性测量单元(IMU)提供的定位和姿态参数,移动扫描获得隧道点云数据,根据反射片的高反射率,通过点集聚类算法与形态学滤波处理,获得标靶中心在扫描仪基准坐标系下的坐标,从而间接实现断面扫描仪的标定。IMU经过倾角掉头实验,完成倾角补偿,得到轨道面下的点云。最后利用隧道环片的设计距离,在隧道壁上布设设计的标靶对里程计进行校准,克服了里程计长距离误差累积的弊端。标定的结果验证了方案的可行性,可快速高精度的实现扫描仪的现场动态标定与里程补偿等,提高点云质量。     

进化策略路径损耗模型的室内定位应用

针对传统路径损耗模型经验参数在室内环境应用中的不足,该文提出了一种基于进化策略的损耗模型参数估计方法。采用启发式的随机搜索方式应用于复杂环境条件下的射频信号建模问题,输出模型较好地拟合了信号衰减曲线,20m范围内误差小于3.7dBm。利用获取模型提供参考节点加权因子,结合加权最邻近算法下的均值法和贝叶斯算法,实现了由二维平面演进到三维空间内的有效定位,平均定位误差可控制在3.4m以内。     

近景摄影测量中圆标靶圆心提取的方法

对近景摄影测量中常使用的圆形标靶,提出了一种识别并提取圆心的方法。该方法通过二值化、区域增长、边缘点提取、最小二乘拟合等一系列图像处理后,最终实现圆标靶的识别及提取。实验结果验证了该方法的可行性。     

基于探测球的固定式扫描海量点云自动定向方法

地面固定式扫描点云首先要将自由坐标系的点云纳入国家坐标系,而单站扫描的点云数据量极大,无法在可视环境下进行拼接。针对现有方法对海量点云拼接的不足,提出一种基于探测球的固定式扫描海量点云自动定向方法,该方法通过数据关联技术读取海量点云、建立标靶搜索环、球拟合确定标靶候选点、全组合距离匹配法确定同名点及坐标转换参数解算等,完成点云的自动定向过程。通过实验验证文中算法的有效性及可行性。     

平面坐标系统相互转换的一种简便算法

提出了尺度平移参数和尺度旋转参数的概念，对传统的二维转换公式进行简化，从而给出一种平面坐标系统之间相互转换的简便算法，并给合了相应的精度评定公式。     

基于多波束雷达测高的地形高度匹配算法研究

近几年来地形辅助导航系统(TAN)受到广泛重视并已成功应用。该系统的核心之一是地形高度匹配算法(TEM)。本文在分析单波束雷达测高互相关匹配算法(COR)的基础上,提出一种基于多波束雷达测高的互相关匹配算法,该算法将一维COR匹配算法扩展到二维中,并建立相关模型,利用二维COR匹配算法搜索计算飞行器位置。导航仿真结果表明:该算法的匹配精度、地形适应性都要优于一维COR匹配算法。