[發明專利]針對激光掃描儀與三坐標測量臂的點云數據自動配準方法

在審

• 申請號: 201410754578.6
• 申請日: 2014-12-11
• 公開（公告）號: CN104392488A
• 公開（公告）日: 2015-03-04
• 發明（設計）人: 何炳蔚;李海榕;趙強
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: G06T17/00
• 分類號: G06T17/00;G01B11/24
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 蔡學俊

1.針對激光掃描儀與三坐標測量臂的點云數據自動配準方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟S01：提供激光掃描儀及三坐標測量臂，在重建模型周圍布置N個大小不一的標準球，其中N為大于3的自然數，利用所述激光掃描儀對重建模型及N個標準球進行表面數字化得到點云數據，對獲取的點云數據進行處理從而獲得三維模型；

步驟S02：通過所述三坐標測量臂對重建模型及標準球進行數據補測，首先測量擬合出標準球球面，再測量重建模型激光掃描儀無法掃到或者精度要求超出激光掃描儀所能達到的特征，從而提高在后期對模型重建的精度；

步驟S03：通過算法將三坐標測量臂測量擬合的標準球球面反向求出點云，并且密化由曲面反向得到的點云數量，再采用改進的ICP算法實現點云數據精配準。

2.根據權利要求1所述的針對激光掃描儀與三坐標測量臂的點云數據自動配準方法，其特征在于：所述步驟S01中對激光掃描儀獲取的點云處理包括以下步驟：

步驟S011：通過平滑算法優化激光掃描儀測量的點云數據，再將其可視化；

步驟S012：對所述的點云數據進行去噪聲處理。

3.根據權利要求1所述的針對激光掃描儀與三坐標測量臂的點云數據自動配準方法，其特征在于：步驟S02由曲面反求點云包括以下步驟：

步驟S021：按照“曲面-曲線”的分解次序，將復雜曲面離散為多組相互平行的截交線；

步驟S022：根據步驟S021提取的截交線離散得到數據點，應用三次均勻B樣條插值算法，確定各截交線的數學表達式；三次B樣條曲線的矩陣表示：

式中，（j=0,1,2,3）為特征多邊形頂點；（j=0,1,2,3）為三次樣條基函數；為基函數系數矩陣；

步驟S023：給定的點列（j=1,2,....,n）；

步驟S024：?B樣條首尾兩端點應用四重節點，基函數系數矩陣根據B樣條曲線的段數和曲線序號來選取；

步驟S025：?B樣條首尾兩端點選用自由端條件，添加方程組：

；

步驟S026：構造三次B樣條插值曲線方程組：

；

步驟S027：求解三次B樣條插值曲線方程組，確定特征多邊形控制頂點（j=1,2，...，n+1，n+2）；

步驟S028：由控制頂點（j=0,1,2,3）計算截交線B樣條的參數表達，i=1,2，...，n。

4.根據權利要求1所述的針對激光掃描儀與三坐標測量臂的點云數據自動配準方法，其特征在于：步驟S03還包括以下步驟：

步驟S031：對于點云中的一個點p其方向矢量等價于該點與其領域Nbhd（）的最小二乘擬合平面的法向量n（），則該點與擬合平面的誤差由點和平面內點的連線與點的點積求得；

步驟S032：采用基于MLS面的曲率算法來計算曲率，在相當噪聲水平下快速有效的計算出散亂點云每一點的高斯曲率和平均曲率值；

步驟S033：由步驟S031、S032計算點云中的每一個點的方向矢量和曲率，設置誤差閾值，在模型點云中尋找一對方向矢量和曲率誤差在閾值之內的點，通過這組對應點使目標函數：最小化，得到最優的平移向量t和旋轉矩陣R,將平移向量t和旋轉矩陣R作用到數據點云上，得到新的數據點云帶入下一次迭代過程，直至迭代收斂。