[發(fā)明專利]三維點云匹配方法和裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011053718.9
• 申請日: 2020-09-29
• 公開（公告）號: CN112164101B
• 公開（公告）日: 2023-01-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王靜;劉忠領(lǐng);竇越;張澤旭;蘇宇;蘇必達(dá);范小禮;孫騰
• 申請（專利權(quán)）人: 北京環(huán)境特性研究所;哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G06T7/33
• 分類號: G06T7/33;G06T7/13
• 代理公司: 北京格允知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11609
• 代理人: 周嬌嬌

1.三維點云匹配方法，其特征在于，包括：

構(gòu)建針對目標(biāo)物的三維坐標(biāo)系；其中，所述三維坐標(biāo)系的三個坐標(biāo)軸分別垂直于目標(biāo)物主體的三條邊；

將兩個待匹配三維點云分別進(jìn)行去中心化處理，獲得每一個待匹配三維點云對應(yīng)的去中心化點云，其中，所述去中心化點云所在的坐標(biāo)系的原點與所述三維坐標(biāo)系的原點重合，所述兩個待匹配三維點云用于描述目標(biāo)物的三維形狀；

對每一個所述去中心化點云所在的坐標(biāo)系進(jìn)行轉(zhuǎn)換，得到每一個所述去中心化點云對應(yīng)的轉(zhuǎn)換點云，其中，所述轉(zhuǎn)換點云的坐標(biāo)軸與所述三維坐標(biāo)系的對應(yīng)坐標(biāo)軸相平行；

從每一個所述轉(zhuǎn)換點云中選取能夠形成一個平面的至少三個角點；

根據(jù)選取的各個所述角點，計算尺度因子；

根據(jù)所述尺度因子，對所述轉(zhuǎn)換點云中的重建點云的大小進(jìn)行調(diào)節(jié)，得到調(diào)節(jié)點云，其中，所述調(diào)節(jié)點云的大小與所述轉(zhuǎn)換點云中的標(biāo)準(zhǔn)點云的大小之間的差值在預(yù)設(shè)的調(diào)節(jié)范圍內(nèi)，所述標(biāo)準(zhǔn)點云用于描述所述目標(biāo)物的真實尺寸和三維形狀的點云，所述重建點云用于描述所述目標(biāo)物的三維形狀和非真實尺寸的點云；

通過迭代最近點算法對所述調(diào)節(jié)點云和所述標(biāo)準(zhǔn)點云進(jìn)行匹配；

在所述根據(jù)所述尺度因子，對所述轉(zhuǎn)換點云中的重建點云的大小進(jìn)行調(diào)節(jié)，得到調(diào)節(jié)點云之后，在所述通過迭代最近點算法對所述調(diào)節(jié)點云和所述標(biāo)準(zhǔn)點云進(jìn)行匹配之前，進(jìn)一步包括：

S1：確定所述調(diào)節(jié)點云所在的坐標(biāo)系的坐標(biāo)軸的方向是否與所述標(biāo)準(zhǔn)點云所在的坐標(biāo)系中對應(yīng)的坐標(biāo)軸的方向相同，如果是，步驟S2，否則，執(zhí)行步驟S3；

S2：執(zhí)行所述通過迭代最近點算法對所述調(diào)節(jié)點云和所述標(biāo)準(zhǔn)點云進(jìn)行匹配；

S3：針對所述調(diào)節(jié)點云所在的坐標(biāo)系中的反向坐標(biāo)軸，均執(zhí)行：

針對所述調(diào)節(jié)點云所包括的每一個坐標(biāo)點，根據(jù)所述反向坐標(biāo)軸和該坐標(biāo)點的坐標(biāo)值計算該坐標(biāo)點的坐標(biāo)替換值；將該坐標(biāo)點的坐標(biāo)值替換為所述坐標(biāo)替換值，其中，該反向坐標(biāo)軸與所述標(biāo)準(zhǔn)點云所在的坐標(biāo)系中對應(yīng)的坐標(biāo)軸的方向不同，返回S1。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述將兩個待匹配三維點云分別進(jìn)行去中心化處理，包括：

針對每一個所述待匹配三維點云，根據(jù)下述第一公式進(jìn)行去中心化處理；

第一公式：

其中，用于表征該待匹配三維點云的第i個去中心化處理之后的點坐標(biāo)，p_i用于表征該待匹配三維點云第i個去中心化處理之前的點坐標(biāo)，m用于表征該待匹配三維點云所包括的點坐標(biāo)的數(shù)量。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述對每一個所述去中心化點云所在的坐標(biāo)系進(jìn)行轉(zhuǎn)換，得到每一個所述去中心化點云對應(yīng)的轉(zhuǎn)換點云，包括：

針對每一個所述去中心化點云，均執(zhí)行：

計算該去中心化點云的協(xié)方差矩陣；

將所述協(xié)方差矩陣進(jìn)行對角化處理，生成對角矩陣；

將所述對角矩陣中的三個特征值對應(yīng)的特征向量進(jìn)行歸一化處理，獲得三個單位正交基；

將該去中心化點云所包括的每一個點坐標(biāo)與由所述三個單位正交基分別對應(yīng)的數(shù)值組成的矩陣相乘，獲得該去中心化點云所包括的每一個點坐標(biāo)對應(yīng)的轉(zhuǎn)換點坐標(biāo)；

由各個所述轉(zhuǎn)換點坐標(biāo)組成轉(zhuǎn)換點云。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，

所述從每一個所述轉(zhuǎn)換點云中選取能夠形成一個平面的至少三個角點，包括：

針對每一個所述轉(zhuǎn)換點云，均執(zhí)行：

從該轉(zhuǎn)換點云中確定至少三個第一點坐標(biāo)，其中，所述第一點坐標(biāo)的第一坐標(biāo)軸的坐標(biāo)值的絕對值，大于該轉(zhuǎn)換點云中除第一點坐標(biāo)之外的點坐標(biāo)的任意一個坐標(biāo)軸的坐標(biāo)值的絕對值；

從所述至少三個第一點坐標(biāo)中確定至少三個第二點坐標(biāo)，其中，所述第二點坐標(biāo)的第二坐標(biāo)軸的坐標(biāo)值的絕對值，大于所述至少三個第一點坐標(biāo)的第二坐標(biāo)軸的坐標(biāo)值的絕對值；

從所述至少三個第二點坐標(biāo)中確定至少三個第三點坐標(biāo)，其中，所述第三點坐標(biāo)的第三坐標(biāo)軸的坐標(biāo)值的絕對值，大于所述至少三個第二點坐標(biāo)的第三坐標(biāo)軸的坐標(biāo)值的絕對值，且所述至少三個第三坐標(biāo)點在第三坐標(biāo)軸的坐標(biāo)值同時為正數(shù)或同時為負(fù)數(shù)；

將確定的所述第三坐標(biāo)點作為角點。