线状特征约束下的LiDAR点云配准方法——基于四元数

"线状特征约束下基于四元数描述的 LiDAR点云配准方法 (2013年)" 本文主要探讨了LiDAR点云配准的问题，特别是针对传统点状特征匹配方法和七参数转换模型存在的局限性，如计算量大、特征提取精度低和线性化过程对配准精度的影响。作者提出了一种新的线状特征约束下基于四元数描述的LiDAR点云配准方法。 传统的LiDAR点云配准算法通常依赖于同名点状特征的匹配，这种方法对点状特征的识别和匹配要求较高，且计算复杂度大。而基于七参数的转换模型，尽管广泛应用于点云配准，但线性化过程可能导致配准精度损失。为解决这些问题，该文提出以线状特征作为配准的基础，利用四元数来表示旋转矩阵，这有助于减少计算复杂性并提高配准精度。 四元数是一种在三维旋转表示中非常有效的数学工具，它能简洁地描述旋转而不引入旋转轴的万向节死锁问题。在文中，作者详细介绍了如何在线状特征约束下构建三维相似变换的相似性测度表达方法，并推导出同名线状特征应满足的条件。通过四元数与旋转矩阵之间的映射关系，可以求解出旋转矩阵，进一步确定平移和缩放系数，从而完成点云的配准。 线状特征如道路、河流和建筑物边缘在LiDAR数据中常见且易于识别，它们在配准过程中的稳定性更高，可以提供更强的几何约束。因此，采用线状特征作为配准基元可以提高配准的稳定性和准确性，尤其适用于多视角LiDAR数据的融合。 该研究对于数字城市、3D GIS等领域具有重要意义，因为准确、快速地重建和更新地理空间信息是这些领域的核心需求。LiDAR技术的高效和高精度使得它成为获取和更新空间数据的重要手段，但数据的配准是实现这一目标的关键步骤。通过线状特征约束和四元数描述，本文提出的配准方法为解决这一问题提供了一种新的思路和工具。 关键词：LiDAR；点云；配准；四元数；线状特征 该文发表在《武汉大学学报·信息科学版》第38卷第9期，2013年9月，是中国矿业大学的研究成果，展示了在地理空间信息处理领域的重要进展，为LiDAR点云配准的优化提供了理论支持和技术参考。