[發明專利]一種三維點云運動補償方法

有效

• 申請號: 201810502767.2
• 申請日: 2018-05-23
• 公開（公告）號: CN109031339B
• 公開（公告）日: 2020-11-10
• 發明（設計）人: 王立;劉達;張春明;李濤;吳云;朱飛虎;顧營迎;劉忠漢
• 申請（專利權）人: 北京控制工程研究所
• 主分類號: G01S17/42
• 分類號: G01S17/42
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 張歡

一種三維點云運動補償方法，步驟為：兩次掃描點云中心點分別與兩次掃描時目標形狀中心點連線。分別從兩根線上各取一點，遍歷直到求取出距離最近的兩個點。計算兩個最近點的均值，以此均值點為疑似目標旋轉中心坐標。以疑似目標旋轉中心坐標為原點，遍歷若干范圍的位置，分別以這些遍歷的位置為點云旋轉中心進行運動補償；計算旋轉中心、目標中心位置移動速度、目標旋轉角速度，以此數值為基礎，計算每個點的相對位置誤差，對點云中每一個點進行補償，而后計算補償后的掃描點云與目標外形點云匹配誤差。遍歷其它旋轉中心對掃描點云進行運動補償，求補償后點云匹配誤差。取匹配誤差最小的一組補償后掃描點云，作為最終補償后點云。點云補償精度高。

技術領域

本發明涉及一種三維點云運動補償方法。

背景技術

激光點云已經廣泛應用于目標的位置姿態計算。在激光器對非合作目標掃描過程中，由于點云采集之間有時間間隔，如果非合作目標與激光器相對運動速度或者旋轉角速度過快，會造成掃描點云與目標實際外形點的位置偏移。如果利用這種情況下的點云進行位置姿態計算，會產生誤差。因此，針對目標運動過快或者自身姿態旋轉過快情況，需要對掃描點云進行點云運動補償處理，消除點云位置誤差及相應計算出來的位置姿態誤差。

王建軍等2011在儀器儀表學報的《姿態角擾動對機載激光雷達點云數據的影響》中，實際飛行過程中由于受到各種內外界因素的干擾，如陣風、湍流、發動機振動及控制系統的性能缺陷等，機載平臺無法保持理想的勻速直線運動狀態，產生姿態角擾動，造成點云的掃描區域和密度分布發生變化。點云掃描區域的變化，對于狹長地帶的測量，如公路、海岸線和電力線等，會導致目標區域漏掃；點云密度的變化會影響重構的精度。

為了進一步提高攝像機追蹤的魯棒性和精度，減小攝像機姿態估計的累積誤差。浙江大學李陽2015年在畢業論文《基于深度攝像機的三維場景表面重建關鍵技術研究》中提出了一種基于攝像機姿態運動補償。李陽通過計算當前幀對應的攝像機速度、加速度以及角速度等運動參數來建立對應的攝像機運動模型，根據運動模型和運動參數預測當前幀所對應的概率最大的攝像機姿態并以此作為ICP算法迭代的初始值，從而避免因兩幀之間較大距離的運動而造成的攝像機追蹤失敗，提高深度攝像機在快速運動過程中的追蹤魯棒性。

梁新合等2011年在西安交通大學學報中的《散亂點云的補償濾波》中，提出了一種散亂點云補償濾波的方法，采用雙邊濾波器計算獲得濾波移動量，進行平滑處理后得到了形狀補償量，將雙邊濾波后的點向原始位置方向補償，從而減少了濾波中的變形，獲得了更多具有細節特征的點云模型。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：克服現有技術的不足，提供了一種三維點云運動補償方法，對激光掃描目標的點云中的每個點，進行高精度運動補償，消除掃描時延引發的點云中各點的位置偏差，從而獲得了精確的目標點云，用于激光點云對目標掃描后的姿態計算，能夠顯著提高姿態計算精度。

本發明的技術解決方案是：一種三維點云運動補償方法，包括如下步驟：

步驟一、利用激光掃描目標，相機接收激光反射回光，存儲掃描獲得的第i組目標點云中各點在相機坐標系中的三維坐標值；i為正整數；

如果步驟一中i為1，則i更新為2，繼續步驟一掃描下一組點云并存儲第2組掃描點云的三維坐標，否則轉入步驟二；

步驟二、求取第i組點云在相機坐標系下所有點的坐標值的平均值x_m(i),y_m(i),z_m(i)；求取第i-1組點云在相機坐標系下所有點的坐標值的平均值x_m(i-1),y_m(i-1),z_m(i-1)；