[發(fā)明專利]基于重心偏離度的隧洞點(diǎn)云配準(zhǔn)方法、裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110029618.0
• 申請日: 2021-01-11
• 公開（公告）號: CN112365529B
• 公開（公告）日: 2021-04-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張榮春;衣雪峰;盧官明;李浩;何逸婷;陳媛媛;賈燕;呂海洋
• 申請（專利權(quán)）人: 南京郵電大學(xué)
• 主分類號: G06T7/33
• 分類號: G06T7/33;G06T7/66
• 代理公司: 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

1.一種基于重心偏離度的隧洞點(diǎn)云配準(zhǔn)方法，其特征在于，包括：

分別采集隧洞的三維激光點(diǎn)云和影像序列，從三維激光點(diǎn)云提取特征點(diǎn)云作為基準(zhǔn)點(diǎn)云，從影像序列提取真實(shí)尺度的稀疏點(diǎn)云作為目標(biāo)點(diǎn)云；

迭代步驟：在基準(zhǔn)點(diǎn)云中選擇基準(zhǔn)共面四點(diǎn)基，在目標(biāo)點(diǎn)云中選擇對應(yīng)的候選點(diǎn)集合；計(jì)算候選點(diǎn)集合中各個(gè)點(diǎn)的重心偏離度，將各點(diǎn)的重心偏離度彼此之間差值小于預(yù)定閾值的候選共面四點(diǎn)基，作為候選同名配準(zhǔn)基元；根據(jù)基準(zhǔn)共面四點(diǎn)基的仿射比例和線段夾角，從候選同名配準(zhǔn)基元中確定目標(biāo)共面四點(diǎn)基，并計(jì)算配準(zhǔn)變換參數(shù)；其中候選點(diǎn)集合中各個(gè)點(diǎn)的重心偏離度按照如下計(jì)算：選取候選點(diǎn)集合中形成候選共面四點(diǎn)基的點(diǎn)對，以點(diǎn)作為球心，指定長度為半徑，計(jì)算在球形鄰域內(nèi)存在的目標(biāo)點(diǎn)云點(diǎn)集的重心坐標(biāo)，與球心點(diǎn)空間坐標(biāo)之間的偏移量；

重復(fù)迭代步驟進(jìn)行迭代計(jì)算，獲取多組配準(zhǔn)變換參數(shù)，選取最優(yōu)配準(zhǔn)變換參數(shù)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于重心偏離度的隧洞點(diǎn)云配準(zhǔn)方法，其特征在于，所述從三維激光點(diǎn)云提取特征點(diǎn)云作為基準(zhǔn)點(diǎn)云，從影像序列提取真實(shí)尺度的稀疏點(diǎn)云作為目標(biāo)點(diǎn)云，包括：

采用三維尺度不變特征轉(zhuǎn)換從三維激光點(diǎn)云提取特征點(diǎn)云，基于運(yùn)動(dòng)恢復(fù)結(jié)構(gòu)從影像序列提取稀疏點(diǎn)云，并依據(jù)隧洞中的真實(shí)刻度將稀疏點(diǎn)云的尺度轉(zhuǎn)換為真實(shí)尺度。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于重心偏離度的隧洞點(diǎn)云配準(zhǔn)方法，其特征在于，所述在目標(biāo)點(diǎn)云中選擇對應(yīng)的候選點(diǎn)集合，包括：

在目標(biāo)點(diǎn)云中提取與基準(zhǔn)共面四點(diǎn)基的點(diǎn)對距離相等的候選點(diǎn)集合C₁和C₂，其中，，m和n為自然數(shù)，對基準(zhǔn)共面四點(diǎn)基的點(diǎn)對和，均有和，點(diǎn)對連成的線段與另一點(diǎn)對連成的線段存在交點(diǎn)。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于重心偏離度的隧洞點(diǎn)云配準(zhǔn)方法，其特征在于，所述根據(jù)基準(zhǔn)共面四點(diǎn)基的仿射比例和線段夾角，從候選同名配準(zhǔn)基元中確定目標(biāo)共面四點(diǎn)基，包括：

若候選同名配準(zhǔn)基元與基準(zhǔn)共面四點(diǎn)基存在以下關(guān)系，則認(rèn)定仿射比例相同：

，

其中，λ₁和λ₂分別為第一比例和第二比例，v₁ 為基準(zhǔn)點(diǎn)云中線段的交點(diǎn)，v₂為目標(biāo)點(diǎn)云中線段的交點(diǎn)；

線段夾角，指共面四點(diǎn)基中兩線段之間的夾角；

將仿射比例和線段夾角與基準(zhǔn)共面四點(diǎn)基相等的候選同名配準(zhǔn)基元，作為目標(biāo)共面四點(diǎn)基。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于重心偏離度的隧洞點(diǎn)云配準(zhǔn)方法，其特征在于，所述重復(fù)迭代步驟進(jìn)行迭代計(jì)算，獲取多組配準(zhǔn)變換參數(shù)，選取最優(yōu)配準(zhǔn)變換參數(shù)，包括：

采用RANSAC迭代算法進(jìn)行計(jì)算，獲取多組配準(zhǔn)變換參數(shù)；

計(jì)算依據(jù)配準(zhǔn)變換參數(shù)變換后的目標(biāo)點(diǎn)云中的點(diǎn)，與基準(zhǔn)點(diǎn)云中的點(diǎn)歐氏距離小于預(yù)定閾值的比例，選取比例最高的應(yīng)用的配準(zhǔn)變換參數(shù)作為最優(yōu)配準(zhǔn)變換參數(shù)。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于重心偏離度的隧洞點(diǎn)云配準(zhǔn)方法，其特征在于，所述在選取最優(yōu)配準(zhǔn)變換參數(shù)之后，還包括：

采用ICP對最優(yōu)配準(zhǔn)變換參數(shù)進(jìn)行精細(xì)配準(zhǔn)。

7.一種基于重心偏離度的隧洞點(diǎn)云配準(zhǔn)裝置，其特征在于，包括：采集單元、迭代單元和比較單元，其中：

所述采集單元，用于分別采集隧洞的三維激光點(diǎn)云和影像序列，從三維激光點(diǎn)云提取特征點(diǎn)云作為基準(zhǔn)點(diǎn)云，從影像序列提取真實(shí)尺度的稀疏點(diǎn)云作為目標(biāo)點(diǎn)云；

所述迭代單元，用于在基準(zhǔn)點(diǎn)云中選擇基準(zhǔn)共面四點(diǎn)基，在目標(biāo)點(diǎn)云中選擇對應(yīng)的候選點(diǎn)集合；計(jì)算候選點(diǎn)集合中各個(gè)點(diǎn)的重心偏離度，將各點(diǎn)的重心偏離度彼此之間差值小于預(yù)定閾值的候選共面四點(diǎn)基，作為候選同名配準(zhǔn)基元；根據(jù)基準(zhǔn)共面四點(diǎn)基的仿射比例和線段夾角，從候選同名配準(zhǔn)基元中確定目標(biāo)共面四點(diǎn)基，并計(jì)算配準(zhǔn)變換參數(shù)；其中候選點(diǎn)集合中各個(gè)點(diǎn)的重心偏離度按照如下計(jì)算：選取候選點(diǎn)集合中形成候選共面四點(diǎn)基的點(diǎn)對，以點(diǎn)作為球心，指定長度為半徑，計(jì)算在球形鄰域內(nèi)存在的目標(biāo)點(diǎn)云點(diǎn)集的重心坐標(biāo)，與球心點(diǎn)空間坐標(biāo)之間的偏移量；

所述比較單元，用于重復(fù)迭代步驟進(jìn)行迭代計(jì)算，獲取多組配準(zhǔn)變換參數(shù)，選取最優(yōu)配準(zhǔn)變換參數(shù)。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于重心偏離度的隧洞點(diǎn)云配準(zhǔn)裝置，其特征在于，所述迭代單元，用于在目標(biāo)點(diǎn)云中提取與基準(zhǔn)共面四點(diǎn)基的點(diǎn)對距離相等的候選點(diǎn)集合C₁和C₂，其中，，m和n為自然數(shù)，對基準(zhǔn)共面四點(diǎn)基的點(diǎn)對和，均有和，點(diǎn)對連成的線段與另一點(diǎn)對連成的線段存在交點(diǎn)。