[發(fā)明專利]一種基于平面特征的點(diǎn)云數(shù)據(jù)自動配準(zhǔn)方法及裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910550064.1
• 申請日: 2019-06-24
• 公開（公告）號: CN110443836B
• 公開（公告）日: 2022-03-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 宗文鵬;李明磊;李廣云;王力;李帥鑫;項(xiàng)學(xué)泳;黨爭;楊嘯天;羅豪龍;朱華陽;柴青梅
• 申請（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍戰(zhàn)略支援部隊(duì)信息工程大學(xué);鄭州信大先進(jìn)技術(shù)研究院
• 主分類號: G06T7/33
• 分類號: G06T7/33;G06V10/77;G06F17/16
• 代理公司: 鄭州睿信知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 41119
• 代理人: 吳敏

1.一種基于平面特征的點(diǎn)云數(shù)據(jù)自動配準(zhǔn)方法，其特征在于，該配準(zhǔn)方法包括以下步驟：

1)獲取目標(biāo)點(diǎn)云數(shù)據(jù)和待配準(zhǔn)點(diǎn)云數(shù)據(jù)；

2)分別對目標(biāo)點(diǎn)云數(shù)據(jù)和待配準(zhǔn)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行平面分割，得到目標(biāo)平面片組和待配準(zhǔn)平面片組，并計(jì)算各平面組中的每個(gè)平面片的屬性信息；

3)根據(jù)每個(gè)平面片的屬性信息從目標(biāo)平面片組和待配準(zhǔn)平面片組得到屬性一致的平面對集合；所述屬性一致的平面對集合指的是目標(biāo)平面片組和待配準(zhǔn)平面片組中滿足平面面積比例小于設(shè)定比例、平面形狀之差小于設(shè)定形狀差、平面擬合均方誤差之差小于設(shè)定誤差的平面對；

4)從屬性一致的平面對集合中選取兩對非平行平面對，并根據(jù)得到的兩對非平行平面對確定旋轉(zhuǎn)矩陣；利用旋轉(zhuǎn)矩陣從所述屬性一致的平面對集合的剩余平面對中選取滿足旋轉(zhuǎn)一致性的一個(gè)非平行平面對，并將所選取的三對平面對作為一個(gè)三元組，將該三元組對應(yīng)的轉(zhuǎn)換參數(shù)作用于該三元組中待配準(zhǔn)點(diǎn)云的平面，若滿足重疊條件，則將該三元組加入三元組集合；

所述非平行平面對指的是滿足以下三個(gè)條件的平面對：

條件1：

條件2：

條件3：

其中，是目標(biāo)點(diǎn)云所屬的兩個(gè)平面的法向量，是待配準(zhǔn)點(diǎn)云所屬的兩個(gè)平面法向量，是非平行角度閾值，是相應(yīng)的角度差閾值；分別對應(yīng)表示所屬平面的重心，γ表示設(shè)定閾值；

旋轉(zhuǎn)一致性度量δ_R的計(jì)算公式為：

其中，上標(biāo)t和s用于標(biāo)志目標(biāo)點(diǎn)云和待配準(zhǔn)點(diǎn)云，n為平面的單位法向量；

總體一致性度量δ的計(jì)算公式為：

其中，m表示重心，d為坐標(biāo)原點(diǎn)到擬合平面的距離；

5)按照步驟4)的方式遍歷屬性一致的平面對集合中的剩余平面對，得到三元組集合，將三元組集合中各三元組對應(yīng)的轉(zhuǎn)換參數(shù)分別作用于待配準(zhǔn)點(diǎn)云數(shù)據(jù)，并計(jì)算總體一致性度量，從中選取總體一致性度量最小的三元組的轉(zhuǎn)換參數(shù)進(jìn)行點(diǎn)云配準(zhǔn)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于平面特征的點(diǎn)云數(shù)據(jù)自動配準(zhǔn)方法，其特征在于，該方法還包括在進(jìn)行平面分割前對目標(biāo)點(diǎn)云數(shù)據(jù)和待配準(zhǔn)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理的步驟，從目標(biāo)點(diǎn)云數(shù)據(jù)和待配準(zhǔn)點(diǎn)云數(shù)據(jù)中去除體外孤點(diǎn)和野值點(diǎn)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于平面特征的點(diǎn)云數(shù)據(jù)自動配準(zhǔn)方法，其特征在于，所述步驟2)中每個(gè)平面片的屬性信息包括平面的單位法向量、坐標(biāo)原點(diǎn)到擬合平面的距離、平面擬合的均方誤差、平面片的面積、平面片的邊界點(diǎn)、邊界長度和平面片最小包圍矩形的長和寬。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于平面特征的點(diǎn)云數(shù)據(jù)自動配準(zhǔn)方法，其特征在于，所述步驟2)中的平面分割采用的是基于體素生長的自適應(yīng)平面分割算法實(shí)現(xiàn)。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于平面特征的點(diǎn)云數(shù)據(jù)自動配準(zhǔn)方法，其特征在于，所述步驟2)在體素生長過程中采用增量式的PCA算法計(jì)算體素生長后的平面參數(shù)以及平面擬合的均方誤差。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于平面特征的點(diǎn)云數(shù)據(jù)自動配準(zhǔn)方法，其特征在于，該方法還包括對采用增量式的PCA算法得到平面參數(shù)通過顧及傳感器測量噪聲的平面擬合算法進(jìn)行重新計(jì)算。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于平面特征的點(diǎn)云數(shù)據(jù)自動配準(zhǔn)方法，其特征在于，所述步驟4)中的旋轉(zhuǎn)矩陣采用協(xié)方差矩陣加權(quán)的奇異值分解法計(jì)算得到。

8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的基于平面特征的點(diǎn)云數(shù)據(jù)自動配準(zhǔn)方法，其特征在于，該方法還包括對步驟2)中的平面片進(jìn)行過濾，以去除面積較小、近似線形、平面度較差的平面片。

9.一種基于平面特征的點(diǎn)云數(shù)據(jù)自動配準(zhǔn)裝置，其特征在于，該裝置包括存儲器和處理器，以及存儲在所述存儲器上并在所述處理器上運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序，所述處理器與所述存儲器相耦合，所述處理器執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)程序時(shí)實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)所述的平面特征的點(diǎn)云數(shù)據(jù)自動配準(zhǔn)方法。