[發(fā)明專利]一種基于方向直方圖簽名特征的工件的三維點(diǎn)云配準(zhǔn)方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010741550.4
• 申請(qǐng)日: 2020-07-29
• 公開（公告）號(hào): CN111862177A
• 公開（公告）日: 2020-10-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 潘豐;梁古南
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 江南大學(xué)
• 主分類號(hào): G06T7/33
• 分類號(hào): G06T7/33;G06T7/35
• 代理公司: 大連理工大學(xué)專利中心 21200
• 代理人: 劉秋彤;梅洪玉

1.一種基于方向直方圖簽名特征的工件的三維點(diǎn)云配準(zhǔn)方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一：輸入工件的模板點(diǎn)云Q∈R^3×m和工件的目標(biāo)點(diǎn)云P∈R^3×n，m和n分別是模板點(diǎn)云和目標(biāo)點(diǎn)云的點(diǎn)數(shù)目，m≥n；

步驟二：對(duì)目標(biāo)點(diǎn)云P用內(nèi)部簽名描述算法進(jìn)行關(guān)鍵點(diǎn)提取，得到關(guān)鍵點(diǎn)集合Keypoint_P∈R^3×l，l為關(guān)鍵點(diǎn)數(shù)目，l＜n；

步驟三：用方向直方圖簽名特征描述方法對(duì)關(guān)鍵點(diǎn)集合Keypoint_P中的每一個(gè)點(diǎn)進(jìn)行352維的特征描述提取，得到關(guān)鍵點(diǎn)集合的特征描述集合SHOT_P∈R^l×352；用方向直方圖簽名特征描述方法對(duì)模板點(diǎn)云Q中的每一個(gè)點(diǎn)進(jìn)行352維的特征描述提取，得到模板點(diǎn)云的特征描述集合SHOT_Q∈R^m×352；

步驟四：在關(guān)鍵點(diǎn)集合Keypoint_P中隨機(jī)采樣f個(gè)點(diǎn)，得到目標(biāo)配準(zhǔn)點(diǎn)集合P_T∈R^3×f，3≤f≤l，根據(jù)步驟三得到的關(guān)鍵點(diǎn)的特征描述，得到f個(gè)目標(biāo)配準(zhǔn)點(diǎn)的特征描述集合SHOT_PT∈R^f×352；

步驟五：搜索出與目標(biāo)配準(zhǔn)點(diǎn)集合P_T∈R^3×f對(duì)應(yīng)的模板配準(zhǔn)點(diǎn)集合Q_T∈R^3×f；

步驟六：對(duì)步驟四和步驟五獲取的初始配準(zhǔn)點(diǎn)對(duì)(P_Ti,Q_Ti)，i＝1,2,...,f，計(jì)算出每一組點(diǎn)對(duì)的距離比值系數(shù)δ_dis(i)和鄰域比值系數(shù)δ_NUM(i)，i＝1,2,...,f；

步驟七：對(duì)步驟六計(jì)算出來的每一組點(diǎn)對(duì)的距離比值系數(shù)δ_dis(i)和鄰域比值系數(shù)δ_NUM(i)根據(jù)以下步驟進(jìn)行判斷，若成立則保存該組點(diǎn)對(duì)，否則不保存：

STEP1：k＝1，i＝1

STEP2：若0.9≤δ_dis(i)≤1.1且0.9≤δ_NUM(i)≤1.1，則k＝k+1

STEP3：i＝i+1，若i≤f，則轉(zhuǎn)STEP2；否則，轉(zhuǎn)STEP4；

STEP4：s＝k-1，結(jié)束；

保存的點(diǎn)對(duì)構(gòu)成了最終的配準(zhǔn)點(diǎn)對(duì)對(duì)最終得到的配準(zhǔn)點(diǎn)對(duì)數(shù)目進(jìn)行判斷，若s＜3，返回步驟四，否則，轉(zhuǎn)步驟八；

步驟八：對(duì)步驟七獲取的最終的配準(zhǔn)點(diǎn)對(duì)利用對(duì)偶四元數(shù)求解旋轉(zhuǎn)矩陣R_coarse∈R^3×3和平移矩陣T_coarse∈R^3×1；

步驟九：根據(jù)式(1)更新目標(biāo)點(diǎn)云P中的每一個(gè)點(diǎn)P_i∈R^3×1，得到更新后的目標(biāo)點(diǎn)云的點(diǎn)P_new(i)，購成更新后的目標(biāo)點(diǎn)云P_new∈R^3×n，P_new＝[P_new(1) P_new(2) ... P_new(i)...P_new(n)]；

P_new(i)＝R_coarseP_(i)+T_coarse i＝1,2,...,n (1)

根據(jù)式(2)計(jì)算模板點(diǎn)云與更新后的目標(biāo)點(diǎn)云之間的初始配準(zhǔn)均方根誤差Error1_RMSE；

步驟十：若Error1_RMSE＞Th₁，返回步驟四，否則，得到更新后的目標(biāo)點(diǎn)云P_new、R_coarse和T_coarse并轉(zhuǎn)步驟十一；

其中：Th₁為初始配準(zhǔn)設(shè)定的均方根誤差閾值；

步驟十一：對(duì)于模板點(diǎn)云Q和更新后的目標(biāo)點(diǎn)云P_new，用迭代最近點(diǎn)法實(shí)現(xiàn)精確配準(zhǔn)，求得最終的旋轉(zhuǎn)矩陣R_final∈R^3×3和平移矩陣T_final∈R^3×1；

步驟十二：輸出模板與目標(biāo)之間的位姿關(guān)系R_final和T_final給抓取機(jī)械手。