三维激光扫描

第３７卷第１２期２００９年１２月

同济大学学报（自然科学版）

ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＴＯＮＧＪＩ

ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ（Ｎ删ＲＡＬＳＣＩＥＮＣＥ）

Ｖ０１．３７Ｎｏ．１２

Ｄｅｃ．２００９

文章编号：０２５３—３７４Ｘ（２００９）１２—１６６８—０５ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．０２５３—３７４ｘ．２００９．１２．０２０

点云配准误差传播规律的研究

程效军１’２，施贵刚３，王峰１，谢瑞１

（１．同济大学测量与国土信息工程系，上海２０００９２；２．同济大学现代工程测量国家测绘局重点实验室，上海２０００９２；

３．安徽建筑工业学院土木工程学院，安徽合肥２３００２２）

摘要：引入摄影测量影像匹配的原理，对地面３维激光扫描仪在不同测站采集点云进行配准分析，并在此基础上探讨点云配准误差传播的规律，得出点云配准误差传播的模型．通过点云配准误差实验，验证了点云配准精度与点云模型累积误差的定量关系，从而可为点云配准的质量进行评估．关键词：地面３维激光扫描；点云配准；配准误差；误差传播模型

中图分类号：Ｐ

２１５

为一项全新的测量技术，其测量结果也必须满足特定工程的具体精度需求，如果测量结果不能满足具体工程的精度要求，那么所进行的测量工作是无效的，也是不可信的［１］．这就要求对ＴＬＳ进行仪器精度评定、测量成果的精度评定、误差理论及误差传播模型的研究［２］．到目前为止，国内外对地面激光３维扫描仪器的检验校正和测量成果精度评定，还没有形成成熟的、通用的方法及评价体系，包括点云配准误

文献标识码：Ａ

Ｒｅｓｅａｒｃｈ

ｏｎ

ＰｏｉｎｔＣｌｏｕｄＲｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎＥｒｒｏｒ

差的研究都还处于探索之中［３］．

Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ

１

６７／／列ＧＸｉａｏｊｕｎｌ”，ＳＨＩＧｕ伽ｎ９３，ＷＡＮＧ昆叼１，ＸＩＥＲｕｉｌ

（１．ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＳｕｒｖｅｙｉｎｇＳｈａｎｇｈａｉ２０００９２，ＣｈｉｎａＳｕｒｖｅｙｏｆ

ａｎｄ

多站点云配准误差的来源分析

点云配准的目的是把不同坐标系下的点云坐标

Ｇｅｏ－Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｃｓ，Ｔｏｎ鲥ｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，

２．ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＡｄｖａｎｃｅｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ

２０００９２，Ｃｈｉｎａ；３．Ｃｉｖｉｌ

Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ

ＳＢＳＭ，Ｓｈａｎｇｈａｉ

转换到统一的坐标系下．在摄影测量中，匹配的方法是在像方找到相邻影像的同名点，再映射到空问方，解算出相邻模型的空间相似变换参数，以此进行拼

Ｓｃｈｏｏｌ，ＡｎｈｕｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＡｒｃｈｉｔｅｃｈｔｕｒｅ，Ｈｅｆｅｉ２３００２２，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｍａｔｃｈｉｎｇ，ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎｃｌｏｕｄｓ

ａｒｅ

ｔｏ

ｔｈｅｏｒｙｐｒｏｂｌｅｍｓ

ｏｆ

ｐｈｏｔｏｇｒａｍｍｅｔｒｙ

ｍｕｌｔｉ—ｓｔａｔｉｏｎ

ｉｍａｇｅｐｏｉｎｔ

ａｒｅ

ａｂｏｕｔ

接［４］．按照此方法来进行点云配准，需要保证有精度足够好的公共靶标点云坐标．但由于地面３维扫描仪本身精度限制，设站位置的不同，人员操作仪器的不当，外界环境的各种影响，公共靶标靶心反射率的强弱、靶标的材质和粘贴、靶心提取的误差等因素，都会给采集的靶标靶心坐标的准确度带来影响．应用含有误差的同名点对进行点云配准必然给配准的

ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅｎ，ｅｒｒｏｒｄｅｔａｉｌ

ａｎｄｉｓ

ｅｒｒｏｒ

ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ

ｒｕｌｅｓ

ｄｉｓｃｕｓｓｅｄｉｎｃｌｏｕｄｓ

ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎｍｏｄｅｌ

ｆｏｒｐｏｉｎｔ

ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ．Ｂｙ

ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ，ｔｈｅ

ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｐｒｅｃｉｓｉｏｎｏｆｍｏｄｅｌａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎ

ｅｒｒｏｒｓ

ｐｏｉｎｔ

ｃｌｏｕｄｓａｎｄ

ｂｅ

ｉＳｖｅｒｉｆｉｅｄ，ａｎｄｗｈｉｃｈｃａｎ

ｕｓｅｄ

ｔｏｅｖａｌｕａｔｅｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎｑｕａｌｉｔｙｏｆ

ｗｏｒｄｓ：ｔｅｒｒｅｓｔｒｉａｌ

３Ｄ

ｐｏｉｎｔ

ｃｌｏｕｄｓ．

ｃｌｏｕｄ

Ｋｅｙ

ｌａｓｅｒ

ｓｃａｎｎｉｎｇ；ｐｏｉｎｔ

ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎｍｏｄｅｌ

结果带来误差．多站扫描一个对象，需要进行多站点云配准［５］．第一次两两配准后的点云，已存在误差，再进行下一次配准，会导致下一次配准产生更大的

ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ；ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ

ｅｒｒｏｒ；ｅｒｒｏｒ

目前，地面３维激光扫描技术日渐成熟，且地面３维激光扫描仪（ｔｅｒｒｅｓｔｒｉａｌ

ｌａｓｅｒ

误差‘６｜．

因此，点云配准存在误差，多站配准必然引起误差传递，这种误差的积累会使模型端点处的点位误差较大．本文按照摄影测量影像匹配的原理［７娟］，对

ｓｃａｎｎｅｒ，ＴＬＳ）也

逐渐商业化，它的应用领域和范围随着研究的深入而向深度和广度上发展．地面３维激光扫描技术作

收稿日期：２００８—１０—０９

基金项目：“十一五”国家科技支撑计划资助项目（２００６ＢＡＪ０３Ａ０７，２００６ＢＡＪ０９８０１）

作者简介：程效军（１９６４一），男，教授，博士生导师，工学博士，主要研究方向为数字近景摄影测量与精密工程测量

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