基于反射强度和K-means聚类的平面标靶定位研究

吴超; 袁永博; 张明媛

doi:10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2015.03.013

基于反射强度和K-means聚类的平面标靶定位研究

1.
大连理工大学建设工程学部, 大连 116024

作者简介: 吴超(1987-),男,博士研究生,主要从事自动化数据采集技术在工程中应用方面的研究。.

通讯作者: 袁永博, yongbo@dlut.edu.cn ;

基金项目:
中央高校基本科研业务费资助项目(DUT14QY42);2013年大连市建设科技发展计划资助项目
中图分类号: P234.4

Plane target positioning based on reflection intensity and K-means clustering method

1.
Faculty of Infrastructure Engineering, Dalian University of Technology, Dalian 116024, China

Corresponding author: YUAN Yongbo, yongbo@dlut.edu.cn ;

CLC number: P234.4

摘要: 平面标靶的定位是3维激光扫描数据处理过程中的重要一环。为了减小中心坐标提取对多站数据拼接配准、不同坐标系转换、辅助定位等精度的影响,提出了一种基于最小二乘法、K-means聚类法以及扫描点反射强度值的新方法,并进行了理论分析和实例验证,取得了准确的定位数据。首先采用总体最小二乘法对扫描数据中的粗差点进行剔除,然后基于扫描点反射强度值和K-means聚类方法进行区域分类,接着对中心坐标提取,最后对中心坐标进行计算得到坐标位置。结果表明,在一定距离内,该方法可以在实际应用时获得较高的定位准确性,在不同方向上与软件自动识别的坐标相差在亚毫米级,与实际测得标靶距离相差也在亚毫米级。该研究对实现平面标靶中心坐标自动提取是有帮助的。
- 激光技术 /
- 坐标定位 /
- 总体最小二乘法 /
- K-means聚类 /
- 平面标靶
Abstract: Plane target positioning is one of the important parts to process the data obtained by terrestrial laser scanner measurement. In order to reduce the influence on the accuracy of multiple-scan registration, coordinate system transformation and object aided location when extracting coordinates of the target centre, a new method was proposed based on the least square method, K-means clustering method and the reflection intensity at the scanning points. After theoretical analysis and experimental verification, the positioning data with high accuracy was achieved. There are four major steps to deal with the problem: firstly, to eliminate noise points by using the total least squares algorithm; secondly, to classify the region of scanning data based on the reflection intensity; thirdly, to extract the centre coordinates of each region by means of K-means clustering method; finally, to calculate the target centre coordinates according to the centre position each region. The results show that reliable positioning accuracy can be obtained at a certain distance by means of the proposed method. The deviation of the coordinates is in the order of sub-millimeters, and the distance deviation is also in the order of sub-millimeters. The research is helpful for coordinate extraction of plane target centers.
- laser technique /
- coordinate positioning /
- total least squares /
- K-means clustering /
- plane target

[1]	WANG Y B, YANG H Ch, LIU Y H, et al. Linear-feature-constrained registration of LiDAR point cloud via quaternion[J]. Geomatics and Information Science of Wuhan University, 2013,38(9):1057-1062(in Chinese).
[2]	ZHU L. Research on the target in TLS[J]. Laser Journal, 2008, 29(1): 33-35(in Chinese).
[3]	LICHTI D D, STEWART M P, TSAKIRI M, et al. Benchmark tests on a three-dimensional laser scanning system[J]. Geomatics Research Australasia, 2000,72: 1-24.
[4]	VALANIS A, TSAKIRI M. Automatic target identification for laser scanners[C]//Proceedings of XXth ISPRS Congress. Istanbul,Turkey: International Society for Photogrammetry and Remote Sensing, 2004:1-7.
[5]	ZHOU Sh G, TIAN H, LI H. A new automatic method for registering of point clouds [J]. Geotechnical Investigation & Surveying, 2012, 40(2): 66-69(in Chinese).
[6]	WANG L, LI G Y, ZHANG H X. Automatic recognition method of planar target based on return light intensity [J]. Infrared and Laser Engineering, 2011, 40(10): 1910-1913(in Chinese).
[7]	CHEN J J, YAN W T. Research on algorithm for extraction of target center coordinates based on the point clouds [J]. Journal of Geotechnical Investigation & Surveying, 2013,41(8): 53-57(in Chinese).
[8]	CANG G H, YUE J P. Plane fitting of point clouds based on weighted total least square [J]. Laser Technology, 2014, 38(3):307-310(in Chinese).
[9]	GUAN Y L, LIU Sh T, ZHOU Sh J, et al. Robust plane fitting of point clouds based on tls[J]. Journal of Geodesy and Geodynamics, 2011, 31(5): 80-83(in Chinese).
[10]	GAO X W, SUN L, XIE H Q. Research on accuracy impact of target color and roughness to 3-D laser scanning point cloud [J]. Bulletin of Surveying and Mapping, 2013 (11): 84-86(in Chinese).
[11]	PETRÁŠ I, BEDNÁROVÁ D. Total least squares approach to modeling: a Matlab toolbox[J]. Acta Montanistica Slovaca, 2010, 15(2): 158-170.

[1]	苍桂华 , 岳建平 . 基于加权总体最小二乘法的点云平面拟合. 激光技术, 2014, 38(3): 307-310. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2014.03.005
[2]	吕潮峰 , 杜正春 . 基于激光雷达测量技术的集装箱卡车定位系统. 激光技术, 2007, 31(6): 596-599.
[3]	于益 , 王卫民 , 鲁燕华 , 谢刚 , 彭跃峰 . 二极管激光光谱合束技术实验研究. 激光技术, 2010, 34(1): 138-140. doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2010.01.039
[4]	史洪云 , 虢韬 , 王迪 , 王时春 , 赵健 , 刘欣 , 龙新 . 基于激光点云的电力线悬挂点定位方法. 激光技术, 2020, 44(3): 364-370. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2020.03.017
[5]	王超 , 康轶凡 , 田进寿 , 刘虎林 . 两类单阿秒脉冲产生技术的相位依赖性分析. 激光技术, 2012, 36(4): 516-519. doi: 10.3969/j.issn.1001-806.2012.04.020
[6]	韩万鹏 , 蒙文 , 李云霞 , 李大为 . 双振镜扫描的最小二乘与网格法混合校正模型. 激光技术, 2012, 36(2): 179-182,187. doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2012.02.008
[7]	雷震 , 张立文 , 张晓玲 , 孟庆端 . 高斯激光辐照焦平面探测器温度场分析与仿真. 激光技术, 2016, 40(4): 516-520. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2016.04.013
[8]	符永宏 , 高兴东 , 华希俊 , 潘国平 , 符昊 . 基于特殊激光微造型工艺的平面阵列加工研究. 激光技术, 2012, 36(4): 467-470. doi: 10.3969/j.issn.1001-806.2012.04.009
[9]	杨林帆 , 焦辉 , 黄宇星 , 梁恩 , 龙芋宏 . 基于水导激光平面缩流喷嘴内流场仿真研究. 激光技术, 2020, 44(6): 754-761. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2020.06.019
[10]	邱婉静 , 姜三平 , 郝晓剑 . 激光光幕靶坐标测量系统的设计和实现. 激光技术, 2012, 36(6): 735-737. doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2012.06.006
[11]	王博 , 刘晓东 , 李君豪 , 陈泰宇 , 刘容麟 . 基于邻域特征的网点激光打孔定位算法研究. 激光技术, 2019, 43(5): 591-596. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2019.05.001
[12]	王振宇 , 李烨 , 郁丰 , 史海青 . 一种激光三角测量的标定方法及误差分析. 激光技术, 2017, 41(4): 521-525. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2017.04.013
[13]	陈玉宝 , 王箫鹏 , 步志超 , 王一萌 , 郭泽勇 , 熊峰 , 王宣 . 超大城市试验气溶胶激光雷达标定及结果分析. 激光技术, 2022, 46(4): 435-443. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2022.04.001
[14]	孔荣宗 , 刘济春 , 吴云峰 , 肖红云 , 吴波 . 激光刻蚀半球型铂电阻的定位研究. 激光技术, 2014, 38(3): 321-324. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2014.03.008
[15]	王正家 , 盛文婷 , 解家月 , 何涛 . 基于线性激光三角法的圆柱对象定位测量研究. 激光技术, 2019, 43(4): 464-470. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2019.04.006
[16]	贾志新 , 黄金刚 , 高坚强 , 房泽旭 , 张亚洲 , 崔子月 . 长脉宽激光切割聚晶立方氮化硼工艺研究. 激光技术, 2017, 41(3): 346-350. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2017.03.009
[17]	潘卫军 , 吴郑源 , 张晓磊 . 基于k最近邻的激光雷达飞机尾涡识别. 激光技术, 2020, 44(4): 471-477. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2020.04.013
[18]	鲁耀钟 , 雷卫宁 , 任维彬 , 徐杰 . K418合金叶片激光再制造Inconel718覆层匹配与强化. 激光技术, 2020, 44(1): 54-60. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2020.01.010
[19]	叶亚云 , 袁晓东 , 向霞 , 王海军 , 晏良宏 , 陈猛 , 吕海兵 , 贺少勃 . 激光冲击波清洗K9玻璃表面SiO2颗粒的研究. 激光技术, 2011, 35(2): 245-248. doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2011.02.028
[20]	彭和思 , 陈兵华 , 唐景龙 , 邓时累 , 陈根余 , 陈焱 . 激光焊接工艺对K418与0Cr18Ni9焊接接头性能的影响. 激光技术, 2018, 42(2): 229-233. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2018.02.017

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