[發(fā)明專(zhuān)利]點(diǎn)云拼接系統(tǒng)及方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410722204.6
• 申請(qǐng)日: 2014-12-03
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105654460A
• 公開(kāi)（公告）日: 2016-06-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳新元;張旨光;謝鵬
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 富泰華工業(yè)（深圳）有限公司;鴻海精密工業(yè)股份有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): G06T7/00
• 分類(lèi)號(hào): G06T7/00
• 代理公司: 深圳市賽恩倍吉知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44334
• 代理人: 謝志為

1.一種點(diǎn)云拼接系統(tǒng)，運(yùn)行于計(jì)算機(jī)中，其特征在于，該系統(tǒng)包括：

獲取模塊，用于從計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)裝置中讀取需要拼接的兩組點(diǎn)云，以及接收一預(yù)設(shè)的拼接精度；

粗拼接模塊，用于將所讀取的兩組點(diǎn)云進(jìn)行初始拼接；

擬合模塊，用于確定初始拼接后的兩組點(diǎn)云的重疊區(qū)域，將重疊區(qū)域的兩片點(diǎn)云分別擬合成曲面；

計(jì)算模塊，用于當(dāng)擬合好兩片曲面后，分別計(jì)算該兩組點(diǎn)云中的初始對(duì)應(yīng)點(diǎn)，得到兩組初始對(duì)應(yīng)點(diǎn)集；

修正模塊，用于根據(jù)預(yù)設(shè)的約束條件，去掉上述兩組初始對(duì)應(yīng)點(diǎn)集中的異常點(diǎn)，得到最終確立的兩組對(duì)應(yīng)點(diǎn)集；

所述計(jì)算模塊還用于針對(duì)兩組最終確立的對(duì)應(yīng)點(diǎn)集，采用最小二乘法計(jì)算兩組點(diǎn)云之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，并計(jì)算得到所述轉(zhuǎn)換關(guān)系所對(duì)應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)的最小二乘解；及

處理模塊，用于當(dāng)所述計(jì)算得到的目標(biāo)函數(shù)的最小二乘解小于預(yù)設(shè)的拼接精度時(shí)，根據(jù)所述最小二乘解得到兩組點(diǎn)云之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，將一組點(diǎn)云利用對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)換矩陣進(jìn)行轉(zhuǎn)換并與另一組點(diǎn)云進(jìn)行精確拼接。

2.如權(quán)利要求1所述的點(diǎn)云拼接系統(tǒng)，其特征在于，所述擬合模塊利用三次樣條曲面方程并以牛頓迭代法為基礎(chǔ)對(duì)兩組點(diǎn)云的重疊區(qū)域進(jìn)行曲面擬合。

3.如權(quán)利要求1所述的點(diǎn)云拼接系統(tǒng)，其特征在于，所述計(jì)算模塊通過(guò)選取一個(gè)矩形區(qū)域包圍所述的重疊區(qū)域，并將矩形細(xì)分成多個(gè)小矩形，小矩形的邊長(zhǎng)為平均點(diǎn)間距，在每個(gè)小矩形內(nèi)取中心點(diǎn)在所述兩片曲面上的投影點(diǎn)作為一對(duì)對(duì)應(yīng)點(diǎn)，分別計(jì)算該兩組點(diǎn)云中的初始對(duì)應(yīng)點(diǎn)，并得到兩組初始對(duì)應(yīng)點(diǎn)集，其中所述一對(duì)對(duì)應(yīng)點(diǎn)稱(chēng)為點(diǎn)對(duì)。

4.如權(quán)利要求3所述的點(diǎn)云拼接系統(tǒng)，其特征在于，所述預(yù)設(shè)的約束條件為采用對(duì)應(yīng)點(diǎn)之間的距離作為約束條件，去掉距離大于預(yù)設(shè)閾值的點(diǎn)對(duì)，以及所述修正模塊利用兩組點(diǎn)云的初始對(duì)應(yīng)點(diǎn)集中點(diǎn)之間的距離的標(biāo)準(zhǔn)偏差作為所述預(yù)設(shè)閾值，將兩組初始對(duì)應(yīng)點(diǎn)集中點(diǎn)對(duì)之間的距離大于或等于標(biāo)準(zhǔn)偏差的點(diǎn)對(duì)作為異常點(diǎn)從兩組初始對(duì)應(yīng)點(diǎn)集中刪除，得到最終確立的兩組對(duì)應(yīng)點(diǎn)集。

5.如權(quán)利要求1所述的點(diǎn)云拼接系統(tǒng)，其特征在于，所述處理模塊還用于對(duì)精確拼接后的點(diǎn)云中重疊區(qū)域進(jìn)行點(diǎn)云精簡(jiǎn)及平滑處理，輸出處理后的點(diǎn)云。

6.一種點(diǎn)云拼接方法，運(yùn)行于計(jì)算機(jī)中，其特征在于，該方法包括步驟：

獲取步驟：從計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)裝置中讀取需要拼接的兩組點(diǎn)云，以及接收一預(yù)設(shè)的拼接精度；

粗拼步驟：將所讀取的兩組點(diǎn)云進(jìn)行初始拼接；

擬合步驟：確定初始拼接后的兩組點(diǎn)云的重疊區(qū)域，將重疊區(qū)域的兩片點(diǎn)云分別擬合成曲面；

計(jì)算步驟一：當(dāng)擬合好兩片曲面后，分別計(jì)算該兩組點(diǎn)云中的初始對(duì)應(yīng)點(diǎn)，得到兩組初始對(duì)應(yīng)點(diǎn)集；

修正步驟：根據(jù)預(yù)設(shè)的約束條件，去掉上述兩組初始對(duì)應(yīng)點(diǎn)集中的異常點(diǎn)，得到最終確立的兩組對(duì)應(yīng)點(diǎn)集；

計(jì)算步驟二：針對(duì)兩組最終確立的對(duì)應(yīng)點(diǎn)集，采用最小二乘法計(jì)算兩組點(diǎn)云之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，并計(jì)算得到所述轉(zhuǎn)換關(guān)系所對(duì)應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)的最小二乘解；

處理步驟：當(dāng)所述計(jì)算得到的目標(biāo)函數(shù)的最小二乘解小于或等于預(yù)設(shè)的拼接精度時(shí)，根據(jù)所述最小二乘解得到兩組點(diǎn)云之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，將一組點(diǎn)云利用對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)換矩陣進(jìn)行轉(zhuǎn)換并與另一組點(diǎn)云進(jìn)行精確拼接，及當(dāng)所述計(jì)算得到的目標(biāo)函數(shù)的最小二乘解大于預(yù)設(shè)的拼接精度時(shí)返回?cái)M合步驟。

7.如權(quán)利要求6所述的點(diǎn)云拼接方法，其特征在于，所述擬合步驟利用三次樣條曲面方程并以牛頓迭代法為基礎(chǔ)對(duì)兩組點(diǎn)云的重疊區(qū)域進(jìn)行曲面擬合。

8.如權(quán)利要求6所述的點(diǎn)云拼接方法，其特征在于，所述計(jì)算步驟一中通過(guò)選取一個(gè)矩形區(qū)域包圍所述的重疊區(qū)域，并將矩形細(xì)分成多個(gè)小矩形，小矩形的邊長(zhǎng)為平均點(diǎn)間距，在每個(gè)小矩形內(nèi)取中心點(diǎn)在所述兩片曲面上的投影點(diǎn)作為一對(duì)對(duì)應(yīng)點(diǎn)，分別計(jì)算該兩組點(diǎn)云中的初始對(duì)應(yīng)點(diǎn)，并得到兩組初始對(duì)應(yīng)點(diǎn)集，其中所述一對(duì)對(duì)應(yīng)點(diǎn)稱(chēng)為點(diǎn)對(duì)。

9.如權(quán)利要求8所述的點(diǎn)云拼接方法，其特征在于，所述預(yù)設(shè)的約束條件為采用對(duì)應(yīng)點(diǎn)之間的距離作為約束條件，去掉距離大于預(yù)設(shè)閾值的點(diǎn)對(duì)，以及所述修正步驟利用兩組點(diǎn)云的初始對(duì)應(yīng)點(diǎn)集中點(diǎn)之間的距離的標(biāo)準(zhǔn)偏差作為所述預(yù)設(shè)閾值，將兩組初始對(duì)應(yīng)點(diǎn)集中點(diǎn)對(duì)之間的距離大于或等于標(biāo)準(zhǔn)偏差的點(diǎn)對(duì)作為異常點(diǎn)從兩組初始對(duì)應(yīng)點(diǎn)集中刪除，得到最終確立的兩組對(duì)應(yīng)點(diǎn)集。

10.如權(quán)利要求6所述的點(diǎn)云拼接方法，其特征在于，所述處理步驟還包括對(duì)精確拼接后的點(diǎn)云中重疊區(qū)域進(jìn)行點(diǎn)云精簡(jiǎn)及平滑處理，輸出處理后的點(diǎn)云。