[發(fā)明專利]基于平面多邊形匹配的3D巖體點云配準方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 201811605536.0
• 申請日: 2018-12-26
• 公開（公告）號: CN109697729A
• 公開（公告）日: 2019-04-30
• 發(fā)明（設計）人: 胡亮;肖俊;王穎
• 申請（專利權）人: 中國科學院大學
• 主分類號: G06T7/33
• 分類號: G06T7/33
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種基于平面多邊形匹配的3D巖體點云配準方法，其特征在于主要包括以下步驟：

步驟1、基于體素的多次區(qū)域生長的平面檢測：根據(jù)巖體點云的包圍盒尺寸將點云快速體素化，然后通過基于體素的區(qū)域生長算法檢測巖體點云中平面。此方法分別應用于源點云與目標點云中；

步驟2、基于主成分分析的多邊形匹配：將提取后的多邊形利用主成分分析方法投影到同一二維坐標系下，利用平面的多邊形輪廓實現(xiàn)多邊形匹配；

步驟3、建構(gòu)匹配點對，實現(xiàn)點云配準：利用多邊形的匹配關系，在三維空間中構(gòu)建匹配點對實現(xiàn)點云的初始配準；最后利用最近鄰迭代實現(xiàn)點云的精細配準。

2.根據(jù)權利要求1所述的一種基于平面多邊形匹配的3D巖體點云配準方法，其特征在于：所述步驟1進一步包括以下步驟：

步驟1.1、根據(jù)給定體素長度閾值，將點云快速的體素化；

步驟1.2、在每個體素內(nèi)部使用基于點的區(qū)域生長算法提取可靠的生長單元；

步驟1.3、利用步驟1.2提取的生長單元，實現(xiàn)基于體素的區(qū)域生長過程，得到平面的初始集合；

步驟1.4、對于步驟1.3提取的初始平面集合，以每個初始平面為基礎，對該平面周圍鄰域部分進行一次生長過程，得到最終的平面集合。

3.根據(jù)權利要求1所述的一種基于平面多邊形匹配的3D巖體點云配準方法，其特征在于：所述步驟2進一步包括以下步驟：

步驟2.1、根據(jù)給定的參數(shù)利用凹包算法，對巖體點云中提取的平面計算其多邊形邊界；

步驟2.2、從源點云多邊形選取一個多邊形s_i，包含n個點p_i(1≤i≤n)，將坐標中心平移到期質(zhì)心則每個點的新坐標為p_i＝p_i-O_s；

步驟2.3、利用主成分分析(PCA)將該多邊形投影到二維坐標系；首先構(gòu)建協(xié)方差矩陣Σ，λ_i和v_i是該協(xié)方差矩陣對應的特征值和特征向量(λ₁≤λ₂≤λ₃)。構(gòu)建變換矩陣T＝{v₁,v₂}，則多邊形每個點p_i所對應的二維空間坐標為p_{i_2d}＝p_i*T；

Σ·v_j＝λ_j·v_j,j∈{1,2,3}

步驟2.4、在目標點云中順序選取多邊形t_j，將選取的多邊形利用步驟2.2-2.3投影到同一個二維坐標系，計算多邊形相交圍成的面積若其占比Sr超過閾值則認為兩個多邊形是相匹配的；

步驟2.5、重復在源點云中選取多邊形，直到所有源點云多邊形被處理，保存所有匹配關系。

4.根據(jù)權利要求1所述的一種基于平面多邊形匹配的3D巖體點云配準方法，其特征在于：所述步驟3進一步包括以下步驟：

步驟3.1、順序從步驟2選取對應匹配關系，找到多邊形所對應的三維平面點云，分別計算兩個平面點云的質(zhì)心C_s和C_t，構(gòu)建匹配點對；

步驟3.2、由于點云配準以剛性變換為主，包含旋轉(zhuǎn)矩陣R和平移矩陣t。假設總共有K個對應點對。則利用解最優(yōu)化問題，使配準誤差ε最小，求得初始變換矩陣；

步驟3.3、將經(jīng)過初始變換的兩個點云放入最近鄰迭代(ICP)算法中得到最終的配準結(jié)果。