[發(fā)明專利]一種基于端點擬合的三維激光點云配準(zhǔn)方法及裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810128704.5
• 申請日: 2018-02-08
• 公開（公告）號: CN110136178B
• 公開（公告）日: 2021-06-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李鵬;邢帥;徐青;何華;李鵬程;王丹菂;周楊;季虹良;張衡;施群山;焦麟;張鑫磊
• 申請（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍戰(zhàn)略支援部隊信息工程大學(xué)
• 主分類號: G06T7/33
• 分類號: G06T7/33
• 代理公司: 鄭州睿信知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 41119
• 代理人: 陳浩

1.一種基于端點擬合的三維激光點云配準(zhǔn)方法，其特征在于，包括如下步驟：

1)采集三維點云數(shù)據(jù)，計算三維點云數(shù)據(jù)的初始特征點并法向一致化，得到初始特征點的法向；

2)根據(jù)初始特征點的法向，對初始特征點進行聚類，將屬于同一特征的初始特征點聚類成數(shù)據(jù)集；

3)將每個數(shù)據(jù)集擬合生成不同的特征線；

4)將選定區(qū)域內(nèi)的、不屬于同一類的至少三條特征線的端點進行擬合，得到端點擬合的虛擬特征點；

5)將端點擬合的虛擬特征點用于點云數(shù)據(jù)配準(zhǔn)；

步驟4)中，對于不屬于同一類的至少三條特征線，取每條特征線的最外部端點，將所有特征線的最外部端點求平均值，得到對應(yīng)的端點擬合的虛擬特征點；

步驟4)中，對于不屬于同一類的至少三條特征線，取每條特征線的最外部端點和至少一個次外部端點，將所有特征線的最外部端點和次外部端點求加權(quán)平均值，得到對應(yīng)的端點擬合的虛擬特征點。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于端點擬合的三維激光點云配準(zhǔn)方法，其特征在于，步驟5)中，還包括：將得到的端點擬合的虛擬特征進行羅德里格坐標(biāo)變換，得到對應(yīng)的旋轉(zhuǎn)變換參數(shù)、平移變換參數(shù)和縮放系數(shù)，并用于點云數(shù)據(jù)配準(zhǔn)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于端點擬合的三維激光點云配準(zhǔn)方法，其特征在于，步驟2)中，所述將屬于同一特征的特征點聚類成數(shù)據(jù)集包括：

在初始特征點中任選一點p_i，搜索半徑為r_e的球形鄰域，提取鄰域中與該點不屬于同一類的點q；

判斷p_i點與q點的主法線方向的夾角余弦值是否小于設(shè)定閾值cosθ_c：

若小于設(shè)定閾值cosθ_c，則將q點與p_i點歸為一類，并將q點作為新的生長點；

否則，將該點設(shè)置為端點，從p_i點出發(fā)反向生長，找到另一個端點，則停止生長，直到找出與p_i點在同一條直線上的點集。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于端點擬合的三維激光點云配準(zhǔn)方法，其特征在于，步驟2)中，在對初始特征點進行聚類時，還包括消除初始特征點法向的尖銳特征，進行精確化的步驟。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于端點擬合的三維激光點云配準(zhǔn)方法，其特征在于，所述消除初始特征點法向的尖銳特征，進行精確化包括：

選取點k鄰域擬合的最小二乘平面為：

其中，為p_i到鄰域點的高斯權(quán)重，σ_d為距離帶寬，n是平面的法向量，d為鄰域點到擬合平面的距離；

在上式的基礎(chǔ)上增加殘差因子，最小二乘平面修改為：

Pl(n,d)＝argmin∑ρ(d+(x-x_i)^Tn)ω_d(x_i)

其中，為Welsch函數(shù)，σ_d及σ_r為距離及殘差帶寬；

考慮法向偏差的高斯權(quán)重ω_n(n)，由于當(dāng)前點p_i的法向與鄰域點的偏差越大，該鄰域點對當(dāng)前擬合的平面作用越小，最小二乘平面修改為：

其中，r_i^t＝d^t+(x_i-x)^Tn^T，表示第t次迭代點x_i的殘差；為高斯權(quán)重函數(shù)；為法向偏差高斯權(quán)重，σ_n為法向偏差帶寬；σ_d、σ_r、σ_n等帶寬影響法向估計的準(zhǔn)確性，可自行設(shè)定；

通過鄰域點迭代加權(quán)來逐步改變不在同一曲面的鄰域點對擬合平面的作用來求解法向。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于端點擬合的三維激光點云配準(zhǔn)方法，其特征在于，步驟2)中，在根據(jù)初始特征點的法向，對初始特征點進行聚類時，還包括對初始特征點進行精確化的步驟。