[發明專利]一種利用矩形及扁率信息的點云配準方法及存儲介質

有效

• 申請號: 202011146501.2
• 申請日: 2020-10-23
• 公開（公告）號: CN112308889B
• 公開（公告）日: 2021-08-31
• 發明（設計）人: 史文中;陳彭鑫
• 申請（專利權）人: 香港理工大學深圳研究院
• 主分類號: G06T7/33
• 分類號: G06T7/33;G06T7/11;G06T7/136;G06K9/62
• 代理公司: 深圳市君勝知識產權代理事務所(普通合伙) 44268
• 代理人: 謝松

1.一種利用矩形及扁率信息的點云配準方法，其特征在于，所述方法包括：

獲取第一幀點云數據，對所述第一幀點云數據進行聚類，得到點云片段；

獲取所述點云片段的扁率值；

對所述點云片段進行矩形擬合，得到矩形結構，獲取所述矩形結構的四個頂點的坐標數據；

獲取第二幀點云數據，根據所述矩形結構的四個頂點的坐標數據以及所述點云片段的扁率值對所述第一幀點云數據以及所述第二幀點云數據進行配準；

所述獲取第一幀點云數據，對所述第一幀點云數據進行聚類，得到點云片段：

獲取第一幀點云數據，在所述第一幀點云數據中隨機選擇一個測試點，并以所述測試點為球心，以預設半徑作球體，得到測試球體；

獲取所述測試球體內的點，得到鄰域點，以所述鄰域點為球心，所述預設半徑作球體，得到鄰域球體；

獲取所述鄰域球體中的點的數量、所述鄰域球體中的點集的扁率值、所述鄰域點與所述測試點的距離在所述第一幀點云數據對應平面的法向量上的投影距離，根據所述點的數量、所述點集的扁率值以及所述投影距離對所述第一幀點云數據進行聚類，得到點云片段；

所述獲取第二幀點云數據，根據所述矩形結構的四個頂點的坐標數據以及所述點云片段的扁率值對所述第一幀點云數據以及所述第二幀點云數據進行配準包括：

獲取第二幀點云數據和迭代過程中的六自由度變化量；

根據所述六自由度變化量得到基于所述第二幀點云數據的坐標系下的點生成的所述第一幀點云數據的坐標下的變換點的坐標數據，并確定所述變換點對應的點云片段；

根據所述點云片段的扁率值、所述點云片段對應的矩形結構的四個頂點的坐標數據以及所述變換點的坐標數據得到目標位姿變換矩陣；

根據所述目標位姿變換矩陣對所述第二幀點云數據以及所述第一幀點云數據進行配準。

2.根據權利要求1所述的一種利用矩形及扁率信息的點云配準方法，其特征在于，所述獲取所述鄰域球體中的點的數量、所述鄰域球體中的點集的扁率值、所述鄰域點與所述測試點的距離在所述第一幀點云數據對應平面的法向量上的投影距離，根據所述點的數量、所述點集的扁率值以及所述投影距離對所述第一幀點云數據進行聚類，得到點云片段包括：

獲取所述鄰域球體中的點的數量以及點的坐標，根據所述鄰域球體中的點的數量以及點的坐標，得到所述鄰域球體中的點集的扁率值；

獲取所述鄰域點與所述測試點的距離在所述第一幀點云數據對應平面的法向量上的投影距離；

分別將所述鄰域球體中的點的數量、所述投影距離、所述鄰域球體中的點集的扁率值與點數閾值、投影距離閾值、點集的扁率值閾值進行比較；

當所述鄰域球體中的點的數量、所述投影距離、所述鄰域球體中的點集的扁率值分別在所述點數閾值、所述投影距離閾值、所述點集的扁率值閾值內時，將所述鄰域點與所述測試點進行聚類，得到點云片段。

3.根據權利要求2所述的一種利用矩形及扁率信息的點云配準方法，其特征在于，所述獲取所述鄰域球體中的點的數量以及點的坐標，根據所述鄰域球體中的點的數量以及點的坐標，得到所述鄰域球體中的點集的扁率值包括：

獲取所述鄰域球體中的點的數量以及點的坐標，根據所述鄰域球體中的點的數量以及點的坐標得到所述鄰域球體中的算術平均值坐標；

根據所述鄰域球體中的點的數量、點的坐標以及所述算術平均值坐標得到所述鄰域球體對應的第一散布矩陣；

獲取所述第一散布矩陣的第一特征值和第三特征值，根據所述第一散布矩陣的第一特征值和第三特征值得到所述鄰域球體中的點集的扁率值；

所述扁率值的計算過程如下：假設一個點云區域內的所有點都落在一個橢球中，即該區域內的每個點p（x，y，z）均滿足下列公式（1）：

（1）

其中，a, b, c 分別為橢球三個半軸的長度，如下所示將所述公式1以矩陣形式表示可以得到下列公式（3），根據公式（3）可以得到公式（4）、（5）：

（3）

（4）

（5）

其中，為該點云片段的散布矩陣，m 表示點的數量，μ 表示所有點的算術平均值坐標；獲取所述鄰域球體中點集的散布矩陣，根據該散布矩陣的第一特征值以及第三特征值得到該區域的扁率值，即根據公式6獲取扁率值；所述公式6如下：

（6）

其中，λL, λS 分別是散布矩陣的最大和最小特征值，即散布矩陣的第一特征值和第三特征值。