[發明專利]一種基于SIFT和LBP的點云配準的接觸網三維重建方法

有效

• 申請號: 201410456796.1
• 申請日: 2014-09-10
• 公開（公告）號: CN104299260B
• 公開（公告）日: 2017-05-17
• 發明（設計）人: 劉志剛;徐建芳;鐘震遠;韓志偉
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: G06T17/00
• 分類號: G06T17/00;G06T15/00
• 代理公司: 成都信博專利代理有限責任公司51200
• 代理人: 張澎

技術領域

本發明涉及電氣化鐵路懸掛裝置三維模型獲得領域，考慮三維重建過程中點云配準方法。

背景技術

接觸網作為鐵路電氣化工程的主架構，其三維模型在人員培訓、故障檢測、接觸網參數設計方面的應用前景廣泛^[1,2,3]。目前，關于接觸網零部件三維模型的獲得大多采用3DMax等三維軟件并參考各接觸網參數進行繪制，獲得模型所需耗時長、工作量大及獲得模型與實際模型相差較大。所以新的自動化重建方法是必需的，具體思路為：利用光學掃描儀獲得接觸網各零部件的點云數據，并運用一定的點云配準算法將不用視角下測量得到的多片點云轉換合并到同一坐標系下形成一個完整的數據點云，然后經曲面重建和渲染獲得各部件三維模型。

目前利用深度數據的三維重建研究較為廣泛，有點云簡化、點云配準及應用方面，但總體來說在電氣化鐵路接觸網零部件的三維重建方面的應用研究幾乎沒有。

文獻“蔡寬.基于點云的三維重建技術研究[D].哈爾濱工業大學碩士學位論文,2010.”和“王二柱.基于點云的三維重建系統研究與實現[D].哈爾濱工業大學碩士學位論文,2011.”介紹了一種新型的三維重建方法，并給出了重建的基本過程及流程，另外，還提出了一種新的海量空間點云數據的簡化方法。該方法以海量散亂空間點云數據為輸入數據，將非均勻網格法和曲率精簡法相結合對點云數據進行精簡，首先搜索各離散點K近鄰并獲取其最小二乘曲面，計算法矢和曲率，經全局調整，保證法矢的全局協調性，然后進行精簡。K近鄰搜索所用方法為Kd-Tree近鄰搜索法，最小二乘曲面獲取所用方法是拋物面擬合法，精簡算法使用的是非均勻網格法及曲率精簡法。

文獻“楚發.基于體感的三維配準系統的設計與實現[D].上海交通大學碩士學位論文,2011.”設計開發了基于體感的三維配準系統，該系統采用多層系統架構設計，底層基于微軟Kinect for windows體感設備進行三維信息的采集，采用開源OpenNI框架驅動，按照相似點評估提取、坐標轉換及點云對齊進行點云配準，同時考慮系統的效率及配準的效果間的協調。系統中對快速點特征直方圖(Fast Point Feature Histograms，FPFH)算法做了改進，提出三角法線特征直方圖(Triangle Normal Feature Histograms，TNFH)算法，只利用三角面法線夾角特征，使特征計算的過程得以簡化，并較FPFH算法復雜度低及特征量更少，并保持FPFH的配準率。

文獻“劉求龍,胡伍生.利用點云數據進行惠泉變電站三維重建[J].地礦測繪,2009,25(4): 7-8.”提出了運用點云數據對變電站進行三維重建的方案，首先利用激光掃描儀采集待重建物體不同角度的點云數據；然后進行相鄰角度點云數據的自動拼接，形成完整點云；最后提取點云特征線，結合共面條件，生成待重建物體的三維模型，完成變電站的三維重建及模型可視化。

發明內容

鑒于現有技術的以上不足，本發明的目的在于提供一種接觸網零部件的三維重建方法，該方法是采用三維點云處理技術對獲取到的待重建接觸網零部件點云數據進行預處理、配準、融合及曲面重建，獲得三維模型。其核心是對三維重建中點云配準算法作了改進，在利用SIFT算法提取關鍵點后，采用均勻模式的LBP特征來構建關鍵點描述向量，然后進行后續配準過程及三維重建，獲得三維模型。此改進提高了點云配準的速度，且對配準效果影響不大，從而加快三維重建。

本發明的目的是通過如下的手段實現的：

一種基于SIFT和LBP的點云配準的接觸網零部件三維重建方法，通過Kinect設備獲取待重建接觸網零部件三維點云數據，包含如下手段：

(1)、接觸網零部件三維點云數據獲取及預處理

利用Kinect for Windows設備并結合OpenNI中的Niviewer.exe獲取oni格式視頻數據，然后運用點云庫PCL將視頻數據轉換為pcd格式點云數據文件，從而獲得待重建接觸網零部件所在環境初始三維數據；對獲取到的初始三維點云數據進行去噪、簡化、分割聚類、融合等預處理操作，得到待重建接觸網零部件三維點云數據。