[發明專利]基于PCA的點云配準最終確定方法及系統有效
| 申請號： | 201910031977.2 | 申請日： | 2019-01-14 |
| 公開（公告）號： | CN109887013B | 公開（公告）日： | 2021-06-25 |
| 發明（設計）人： | 牟全臣;田大將;杜二寶 | 申請（專利權）人： | 蘇州數設科技有限公司 |
| 主分類號： | G06T7/33 | 分類號： | G06T7/33 |
| 代理公司： | 北京潤澤恒知識產權代理有限公司 11319 | 代理人： | 莎日娜 |
| 地址： | 215011 江蘇省蘇*** | 國省代碼： | 江蘇;32 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關鍵詞： | 基于 pca 點云配準 最終 確定 方法 系統 | ||
本發明公開了一種基于PCA的點云配準最終確定方法及系統，首先根據經典PCA算法計算出平移矩陣和應用平移矩陣后兩個點云的協方差正交特征向量矩陣，然后將特征向量矩陣中最大和第二大向量分別作為第一主方向和第二主方向來創建坐標系，隨后計算兩個點云在坐標系下這兩個方向上與坐標原點距離最遠的點的坐標值，并對兩個方向上的坐標值進行分析，當坐標值相乘小于零時，說明兩個點云的該方向主向量反向，反之相同，得到最終的特征向量矩陣，并據此計算旋轉矩陣，并應用旋轉矩陣實現點云配準。通過這種方法，不需要像現有方法那樣在點云配準后再判斷配準是否正確，可以直接確定最終正確結果來實現點云配準，簡化了配準操作，提高了配準效率和配準精度。
技術領域
本發明涉及點云與點云的粗配準，尤其涉及一種基于PCA的點云配準最終確定方法及系統。
背景技術
隨著計算機輔助設計的快速發展，點云與點云的配準技術在工業應用中是一個關鍵步驟。點云配準就是通過對一個點云使用坐標變換使其和另一個點云最大限度的重合，點云與點云的配準速度和精度影響著之后的其它工序的進行。現階段點云的配準主要包括粗配準和精配準兩種形式，其中粗配準是精配準的基礎，其中粗配準方法中PCA方法是最常用的方法。現階段，利用PCA方法進行點云配準已經較為成熟，但是在獲得兩個點云的正交特征向量時，特征向量存在著反向的可能，這時確定最終變換矩陣較為困難，現在通常的做法，第一種是將變換矩陣應用到點云后，通過人工進行觀察點云的方位，如果方位不正確，則手動進行調節，通常需要繞某一特征向量旋轉180°，這種方法隨機性較大且需要人工參與；第二種是計算變換矩陣作用于點云后計算兩個點云的包圍盒，最后計算包圍盒的重合度，如果重合度滿足要求則為最終變換矩陣，否則對原特征向量進行反向來確定最終變換矩陣，這種方法由于需要計算點云的包圍盒因此較為復雜且耗時。
發明內容
本發明主要目的在于，提供一種基于PCA的點云配準最終確定方法及系統，以解決現有技術的點云與點云的配準方法較為復雜和耗時的問題。
本發明是通過如下技術方案實現的：
一種基于PCA的點云配準最終確定方法，包括：
步驟1：導入用于配準的兩個點云Pa和Pb，其中Pb為參考點云，Pa為待移動點云；
步驟2：對點云Pa應用通過經典PCA方法得到的平移矩陣T得到點云P′a，經過平移矩陣變換后兩個點云P′a與Pb的中心重合；
步驟3：分別計算點云P′a和Pb的協方差正交特征向量矩陣Ma和Mb，其中Ma＝[Ma1，Ma2，Ma1×Ma2]，Mb＝[Mb1，Mb2，Mb1×Mb2]；
步驟4：將所述特征向量矩陣Ma和Mb中最大和第二大向量分別作為第一主方向和第二主方向創建坐標系；
步驟5：分別計算點云P′a和點云Pb在各坐標系下第一主方向和第二主方向上與坐標原點0距離最大的點的坐標值，分別為P′amax1、P′amax2和Pbmax1、Pbmax2；
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