[發(fā)明專利]基于線性混合形變的汽車工件非剛體三維點(diǎn)云配準(zhǔn)方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710146383.7
• 申請日: 2017-03-13
• 公開（公告）號: CN106934822B
• 公開（公告）日: 2019-09-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 林偉陽;葉超;李湛;于興虎
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江優(yōu)邁德智能裝備有限公司
• 主分類號: G06T7/33
• 分類號: G06T7/33
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標(biāo)事務(wù)所 23109
• 代理人: 楊立超

1.一種基于線性混合形變的汽車工件非剛體三維點(diǎn)云配準(zhǔn)方法，其特征在于：一種基于線性混合形變的汽車工件非剛體三維點(diǎn)云配準(zhǔn)方法具體過程為：

步驟一：輸入?yún)⒖键c(diǎn)云Q'和源點(diǎn)云P'，利用網(wǎng)格濾波方法進(jìn)行降采樣，得到降采樣后的參考點(diǎn)云Q和源點(diǎn)云P；

步驟二：在降采樣后的源點(diǎn)云P上規(guī)劃變形的點(diǎn)即控制點(diǎn)，并構(gòu)建控制向量S；

步驟三：計(jì)算有界調(diào)和權(quán)重集W，構(gòu)建線性混合形變模型；

步驟四：通過迭代最近點(diǎn)方法尋找降采樣后的參考點(diǎn)云Q和源點(diǎn)云P相對應(yīng)點(diǎn)的初始對應(yīng)關(guān)系，并通過奇異值分解計(jì)算初始剛體變換矩陣；

步驟五：根據(jù)降采樣后的參考點(diǎn)云Q和源點(diǎn)云P相對應(yīng)點(diǎn)的初始對應(yīng)關(guān)系以及初始剛體變換矩陣構(gòu)建最小二乘誤差函數(shù)；

步驟六：利用LM算法求解最小二乘誤差函數(shù)的最優(yōu)解，得到控制向量S的增量Δ_S；

步驟七：根據(jù)得到的Δ_S更新控制向量S，得到S′，S′＝Δ_S+S，通過步驟三中的線性混合形變模型使降采樣后的源點(diǎn)云P發(fā)生形變，得到發(fā)生形變后的源點(diǎn)云P″；

步驟八：重新通過迭代最近點(diǎn)方法確定參考點(diǎn)云Q和發(fā)生形變后的源點(diǎn)云P″的對應(yīng)點(diǎn)關(guān)系，并通過奇異值分解得到剛體變換矩陣，使發(fā)生形變后的源點(diǎn)云P″旋轉(zhuǎn)和平移；

步驟九：將步驟八得到的剛體變換矩陣與步驟四得到的初始剛體變換矩陣的值相乘，得到輸入?yún)⒖键c(diǎn)云Q'和源點(diǎn)云P'間的變換關(guān)系；

步驟十：判斷步驟九得到的輸入?yún)⒖键c(diǎn)云Q'和源點(diǎn)云P'的變換關(guān)系是否滿足收斂條件，如果滿足則輸出結(jié)果，否則轉(zhuǎn)到步驟四。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于線性混合形變的汽車工件非剛體三維點(diǎn)云配準(zhǔn)方法，其特征在于：所述步驟三中計(jì)算有界調(diào)和權(quán)重集W，具體過程為：

最小化方程：

并滿足如下約束：

其中δ_jk為克羅內(nèi)克函數(shù)，當(dāng)j＝k時(shí)δ_jk值為1，否則δ_jk值為0；Δω_j為ω_j的增量；ω_j為控制點(diǎn)對應(yīng)的有界調(diào)和權(quán)重；為第j個(gè)控制點(diǎn)，j＝1,2,…,m，m為控制點(diǎn)的個(gè)數(shù)，m取值為正整數(shù)，為第k個(gè)控制點(diǎn)，k取值為正整數(shù)，為變形前的源點(diǎn)云上的點(diǎn)，為第j個(gè)控制點(diǎn)在處的權(quán)重，j為控制點(diǎn)，i為源點(diǎn)云P上的點(diǎn)，i取值為正整數(shù)。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種基于線性混合形變的汽車工件非剛體三維點(diǎn)云配準(zhǔn)方法，其特征在于：所述步驟三中構(gòu)建線性混和形變模型，具體公式為：

其中為變形后的源點(diǎn)云上的點(diǎn)，ψ_j為控制點(diǎn)的剛體變換矩陣。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述一種基于線性混合形變的汽車工件非剛體三維點(diǎn)云配準(zhǔn)方法，其特征在于：所述步驟五中根據(jù)降采樣后的參考點(diǎn)云Q和源點(diǎn)云P相對應(yīng)點(diǎn)的初始對應(yīng)關(guān)系以及初始剛體變換矩陣構(gòu)建最小二乘誤差函數(shù)；具體過程為：

其中T為初始剛體變換矩陣；為源點(diǎn)云P中第k個(gè)點(diǎn)在形變之后的位置；為源點(diǎn)云P中與互為對應(yīng)點(diǎn)對的點(diǎn)；為參考點(diǎn)云Q中第k個(gè)點(diǎn)。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述一種基于線性混合形變的汽車工件非剛體三維點(diǎn)云配準(zhǔn)方法，其特征在于：所述步驟六中利用LM算法求解最小二乘誤差函數(shù)的最優(yōu)解，得到控制向量S的增量Δ_S；具體過程為：

LM算法的迭代公式：

(J^TJ+μI)Δ_s＝J^Terror(P′,Q)

其中J為雅克比矩陣，I為單位陣，Δ_S為S的增量，μ為LM算法中的抖動(dòng)項(xiàng)；

用中心差分方法近似求解雅克比矩陣或用前向差分方法近似求解雅克比矩陣或用后向差分方法近似求解雅克比矩陣。