[發明專利]基于對偶四元數的視圖配準方法、系統、設備和存儲介質

有效

• 申請號: 201711341011.6
• 申請日: 2017-12-14
• 公開（公告）號: CN109961463B
• 公開（公告）日: 2021-12-31
• 發明（設計）人: 陳桂芳
• 申請（專利權）人: 北京京東尚科信息技術有限公司;北京京東世紀貿易有限公司
• 主分類號: G06T7/33
• 分類號: G06T7/33
• 代理公司: 上海弼興律師事務所 31283
• 代理人: 薛琦;羅朗

本發明公開了一種基于對偶四元數的視圖配準方法、系統、設備和存儲介質，所述視圖配準方法包括：獲取多幀點云數據，選取多幀點云數據中的第一幀點云作為世界坐標系；采用ICP算法進行任意相鄰兩幀配準得到各幀點云數據和配準處理結果；然后采用對偶四元數混合方法獲取剛性變換；獲取新的多幀點云數據；采用ICP算法獲取新的多幀點云數據和配準處理結果；判斷配準處理結果是否收斂，直至配準處理結果收斂。本發明解決了現有技術中僅采用ICP算法進行配準過程存在數據不能收斂，導致配準失敗的問題；且通過對偶四元數混合方法與ICP算法相融合，減少多視圖兩兩配準過程中產生的配準誤差，從而提高了配準精度。

技術領域

本發明涉及三維數據重建技術領域，特別涉及一種基于對偶四元數的視圖配準方法、系統、設備和存儲介質。

背景技術

對于三維環境的重建過程，其實質就是將不同視角下的環境信息進行融合對齊來還原整個真實的三維場景。三維環境的重建技術廣泛應用在機器人自主導航、無人駕駛和無人機等眾多新型領域。

根據采用的傳感器種類的不同，三維環境的重建過程中所使用的關鍵技術也有很大差別。現有技術中，一般常用如下兩種重建技術：

(1)基于特征的環境建模：基于特征的地圖構建，是利用單目或者雙目實現三維環境的重建，該方法利用射影幾何變換來恢復出三維場景的大致結構，重構出來的3D(ThreeDimensional，三維)結構用一些稀疏的特征來表示，但是重構出來的3D結構存在點云數目及密度不夠的缺陷，導致重建后的場景模型并不完整，從而不能得到三維真實場景的直觀圖。

(2)基于稠密點云的環境重建：點云重建過程中一般使用三維傳感器，如kinect(一種3D體感攝影機)或3D雷達等，三維傳感器可直接獲取場景的深度信息，根據幀間點云數據的對應關系獲取機器人位姿的變化等信息，進而實現數據的融合。幀間點云數據的配準過程中的核心算法為ICP(Iterative Closest Points，迭代最近點)算法，這種幀到幀的配準對齊方法存在容易產生誤差且易陷入局部最小值的缺陷，導致數據不能收斂，影響三維場景重建的配準精度，且該方法要求幀間視角變化不大，對視角變化較大的場合數據融合效果不佳，從而容易導致配準失敗等情況。

發明內容

本發明要解決的技術問題是為了克服現有技術的在基于稠密點云基礎上，采用ICP算法進行三維環境重建，存在容易導致配準失敗且配準精度不高的情況，目的在于提供一種基于對偶四元數的視圖配準方法、系統、設備和存儲介質。

本發明是通過下述技術方案來解決上述技術問題：

本發明提供一種基于對偶四元數的多視圖配準方法，所述多視圖配準方法包括：

獲取多幀點云數據，選取所述多幀點云數據中的第一幀點云作為世界坐標系；

采用ICP算法對多幀點云數據中任意相鄰兩幀點云數據均進行配準處理，獲取配準處理后的多幀點云數據和第一配準處理結果；

判斷所述第一配準處理結果是否收斂，在判斷為否時，獲取各幀點云到世界坐標系的剛性變換；

根據所述剛性變換對配準處理后的多幀點云數據進行坐標變換，獲取坐標變換后的多幀點云數據；

采用ICP算法對坐標變換后的多幀點云數據中任意相鄰兩幀點云數據均進行配準處理，獲取配準處理后的多幀點云數據和第二配準處理結果；

判斷所述第二配準處理結果是否收斂，在判斷為否時，返回所述獲取各幀點云到世界坐標系的剛性變換的步驟，直至判斷出所述第二配準處理結果收斂。

較佳地，所述獲取各幀點云到世界坐標系的剛性變換的步驟具體包括：

根據當前獲取的所述第一配準處理結果對應的各相鄰兩幀點云數據之間的相對坐標變換，遞推獲取各幀點云數據與相鄰若干幀點云數據的剛性變換；