[發明專利]一種基于端點擬合的三維激光點云配準方法及裝置

有效

• 申請號: 201810128704.5
• 申請日: 2018-02-08
• 公開（公告）號: CN110136178B
• 公開（公告）日: 2021-06-25
• 發明（設計）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）人: 中國人民解放軍戰略支援部隊信息工程大學
• 主分類號: G06T7/33
• 分類號: G06T7/33
• 代理公司: 鄭州睿信知識產權代理有限公司 41119
• 代理人: 陳浩

本發明涉及一種基于端點擬合的三維激光點云配準方法及裝置，該方法首先采集三維點云數據，計算三維點云數據的初始特征點并法向一致化，得到初始特征點的法向；然后根據初始特征點的法向，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據集；將每個數據集擬合生成不同的特征線；接著將不同的特征線采用端點擬合的方法進行擬合，得到虛擬特征點，用于點云配準。相較于傳統的基于幾何特征的特征點提取方法，本發明拋棄了原始方法提取被測物實際特征點的思想束縛，而是通過聚類方法得到虛擬特征點來進行配準工作。該方法具有更高的精度，能加快初始配準計算速率，并能在初始配準階段獲得更加精確可靠的變換參數。

技術領域

本發明屬于三維激光掃描技術領域，具體涉及一種基于端點擬合的三維激光點云配準方法及裝置。

背景技術

在地面三維激光掃描中，由于掃描儀器的局限、探測目標的限制及測量精度的高要求，需要操作人員對探測對象進行多次掃描。為了得到被測物表面完整的點云數據，需要對未統一到同一坐標系下的激光點云數據進行配準。

現階段點云配準分為配準前準備、初配準、精確配準及精度檢驗四步。其中，配準前準備階段需要提取出供初始配準使用的對應特征，在激光點云數據中使用較廣泛的是對應點特征。

傳統的點特征均局限于被測物表面實際測量得到的激光角點數據，這種點數據由于測量設備的測量誤差、被測目標的空間視角及測量人員的操作水平等因素影響不能達到嚴格意義上的對應，有時甚至出現較大誤差。

現行的三維點云對應特征點提取方法，包括：

一是基于曲率值、法向量等幾何特征的方法，選取曲率或法向突變的點作為特征點。例如作者為王瑤的碩士學位論文《從三維點云數據中提取物體特征點的研究》的第3.2.1節便公開了該方法。該類方法以被測物的實際點云為分析目標，通過分析點云數據k鄰域，提取出曲率大于某一閾值σ的點作為該站點云數據的特征點，用于后期的初始配準使用。

經過分析，如果點云數據是分布良好、布線均勻的模擬數據，該方法能夠高精度的提取出被測物各測站的對應特征點，通過簡單的配準方法便可以達到高精度的配準。而在實際地面掃描過程中，由于掃描儀自身測量精度限值、被測物空間視角變換影響及操作人員布設站點的不合理等因素影響，從各測站獲得點云數據，尤其是其邊角點云數據難以達到上述特征點提取方法使用的實際需求，所提取出的對應特征點大量存在飛點、錯誤點等，致使在初始配準中難以得到精度較高的初始變換參數，導致精確配準效率低下，整個配準過程及結果不理想。

二是影像特征輔助點云特征點提取，利用在不同測站獲得的被測物影像，結合影像點檢測方法，獲得對應特征點，利用配準參數將影像特征映射到三維點云數據中，得到對應的點云特征點，但該類方法由于影像與點云數據投影視差與配準誤差等影響，獲得的對應特征點誤差較大。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于端點擬合的三維激光點云配準方法及裝置，用以解決幾何特征提取方法存在大量飛點、錯誤點造成的配準效果不佳的問題。

為解決上述技術問題，本發明的技術方案為：

本發明提供了一種基于端點擬合的三維激光點云配準方法，包括如下方法方案：

方法方案一，包括如下步驟：

1)采集三維點云數據，計算三維點云數據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據集；

3)將每個數據集擬合生成不同的特征線；

4)將選定區域內的、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據配準。