平面特征约束下基于四元数描述的LiDAR点云配准算法

• 作者: 王永波 郑南山 卞正富
• 来源期刊: 光学学报
• 关键词: 图像处理 空间相似变换 LiDAR 点云 配准 四元数
• 年，卷（期）: 2020,（23）
• 所属期刊栏目: 图像处理|Imaging Processing
• 页码范围: 66-73
• 页数: 8页
• 分类号: P237
• 语种: 中文
• DOI: 10.3788/AOS202040.2310001

摘要

系统探讨基于平面特征约束的地面LiDAR点云的高精度融合问题,引入单位四元数作为空间旋转变换的描述算子,给出了三维空间中平面特征的四参数表达方法,在确保数学表达形式唯一的基础上实现对基于平面特征约束的空间相似变换模型的构建.以配准后同名平面特征的参数对等作为约束条件,基于最小二乘准则构建了三维空间相似变换的目标函数,并通过函数的极值化分析实现了平面特征约束下相邻测站LiDAR点云配准参数的迭代求解.最后,分别通过两组实测LiDAR点云数据对算法的正确性与有效性进行验证.结果表明:在求解空间相似变换参数的过程中,借助平面特征的四参数表达法,通过参数对等的条件约束来判断配准后同名特征的一致性,同时满足了同名平面特征之间的法向一致与距离为零两个约束条件;四元数的引入使空间相似变换模型的表达形式更加简洁,配准过程中的附加约束条件更少,在实验方案中,给定任意的未知参数初值,所提算法均能够运行并得到正确结果.