Método analítico de alinhamento global de dados de varredura laser terrestre usando superfícies planas

Abstract

Resumo: O presente trabalho tem como objetivo apresentar um método automático para registro de pares de nuvens usando superfícies planas e um novo método analítico de consistência global de múltiplas nuvens de pontos 3D derivados do sistema LASER Scanning Terrestre (LST). Primeiramente, superfícies planas são detectadas através do algoritmo RANSAC e, posteriormente, ajustadas pelo método dos Mínimos Quadrados Totais. Em seguida é proposto um algoritmo para estabelecimento automático de correspondências de planos baseado em análises geométricas dos vetores normais aos planos. Posteriormente, um modelo matemático baseado em abordagens plano-a-plano é empregado para determinar os parâmetros de transformação. Finalmente, a técnica de registro global de nuvens de pontos 3D, proposta neste trabalho, é aplicada. Diferente da maioria das outras técnicas de registro global existentes, a abordagem proposta explora as propriedades bilineares do produto de quatérnios. As principais vantagens da abordagem proposta são sua simplicidade computacional e robustez e o emprego de quatérnios para solucionar a obtenção da atitude do sensor nos registros executados. Experiências foram realizadas para avaliar a viabilidade e potencialidade do método proposto. Os resultados obtidos mostraram que esta abordagem é promissora e determina medidas com uma qualidade superior, em comparação a outros métodos. Palavras chave: Registro de nuvens de pontos 3D; LASER scanning Terrestre; Quatérnios, correspondência plano-a-plano.

Abstract: This work has to present an automatic method for registration of cloud points using planar surfaces and a new analytical method for global consistency of multiple clouds points 3D derived from Terrestrial Laser Scanning (TLS) system. Firstly, planar surfaces are detected using the RANSAC algorithm and their normal vectors are used for automatic establishment of the correspondences. After, an automatic algorithm to establish correspondences using the normal vectors and geometric planar analysis is proposed. Posteriorly, the transformation parameters are determined using a plane-to-plane based model. Finally, the global registry for 3D point clouds technique of point cloud, proposed in this paper is applied. Different from most other techniques global registration the proposed approach exploits the properties bilinear of product of quaternions. The main advantages of this proposed approach is its simplicity and robustness, and the use of quaternions to solve obtaining attitude sensor in the registration executed. Experiments were conducted to verify the feasibility and the effectiveness of the proposed method. The obtained results showed that this approach is promising and can computed positions with superior quality compared to other methods. KEYWORDS: Registration point cloud, Terrestrial Laser Scanning, Quaternions, Matching of plane-to-plane.