[發(fā)明專利]基于空間網(wǎng)格劃分的快速點云配準方法、裝置和設(shè)備有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 202110795806.4 | 申請日： | 2021-07-14 |
| 公開（公告）號： | CN113706587B | 公開（公告）日： | 2022-12-09 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 趙宏;劉發(fā)恒;張春偉;胡敏;鮑勍慷;張?zhí)煊?/a>;張振洋 | 申請（專利權(quán)）人： | 西安交通大學 |
| 主分類號： | G06T7/30 | 分類號： | G06T7/30;G06T7/11 |
| 代理公司： | 西安通大專利代理有限責任公司 61200 | 代理人： | 王艾華 |
| 地址： | 710049 *** | 國省代碼： | 陜西;61 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 基于 空間 網(wǎng)格 劃分 快速 點云配準 方法 裝置 設(shè)備 | ||
1.基于空間網(wǎng)格劃分的快速點云配準方法，其特征在于，包括以下步驟：
步驟1：根據(jù)全視角的點云數(shù)據(jù)的空間范圍，構(gòu)建能容納所有視角點云數(shù)據(jù)的三維立體空間；
步驟2：確立三維立體空間的坐標原點，依據(jù)點云密度，將三維立體空間沿X、Y、Z三個坐標軸劃分為多個空間網(wǎng)格，并對每個空間網(wǎng)格進行編號；
步驟3：將所有視角的點云數(shù)據(jù)填入空間網(wǎng)格，計算每個視角的點云數(shù)據(jù)中的每個點落入的空間網(wǎng)格編號；
步驟4：用落入一個空間網(wǎng)格內(nèi)的所有點的重心近似代替其他點，保證一個空間網(wǎng)格中至多含有一個點；
步驟5：對多視角點云數(shù)據(jù)進行粗配準，得到精配準的位置初值；
步驟6：對粗配準后的點云數(shù)據(jù)進行精配準，以最近鄰點為點云匹配點，借助空間網(wǎng)格編號的鄰域信息獲得點云編號的鄰域信息，查詢到最近鄰點，得到源點云和目標點云之間的最近鄰點對；
步驟7：并行處理計算最近鄰點對的協(xié)方差矩陣，求解得到源點云的位姿變換矩陣，根據(jù)位姿變換矩陣進行位姿調(diào)整，得到更新后的源點云，用更新后的源點云進行迭代，當?shù)Y(jié)果達到配準精度或者達到迭代次數(shù)上限時，停止迭代，輸出配準結(jié)果。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于空間網(wǎng)格劃分的快速點云配準方法，其特征在于，所述步驟3中，計算每個點(x,y,z)落入的空間網(wǎng)格編號(i,j,k)公式為:
其中，i為在x軸上的索引號，j為在y軸上的索引號，k為在z軸上的索引號，x為點的x軸的坐標，y為點的y軸的坐標，z為點的z軸的坐標，cellx為空間網(wǎng)格在x軸方向的尺寸，celly為y軸方向的尺寸，cellz為z軸方向的尺寸，(x0,y0,z0)為三維立體空間的坐標原點。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于空間網(wǎng)格劃分的快速點云配準方法，其特征在于，所述步驟4中，求落在空間網(wǎng)格編號(i,j,k)的所有點的重心公式為：
其中，Pn為落在該網(wǎng)格編號的點云數(shù)據(jù)中的點的坐標；nijk為落在該空間網(wǎng)格的點數(shù)；Pijk為該空間網(wǎng)格的所有點的重心。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于空間網(wǎng)格劃分的快速點云配準方法，其特征在于中，所述步驟6中，對粗配準后的點云數(shù)據(jù)進行ICP精配準。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于空間網(wǎng)格劃分的快速點云配準方法，其特征在于中，所述步驟6中，ICP精配準以最近鄰點為點云匹配點，將被測物體第一個視角點云數(shù)據(jù)作為目標點云，另一個視角點云數(shù)據(jù)作為源點云；
借助GPU并行遍歷源點云中的每個點去查找在目標點云中的歐氏距離最近鄰點，先計算源點云中查詢點的空間網(wǎng)格編號，查找該編號網(wǎng)格的鄰域網(wǎng)格包含的點，即為該點的鄰域點，計算鄰域點到查詢點的歐氏距離，查詢到最近鄰點。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于空間網(wǎng)格劃分的快速點云配準方法，其特征在于，所述步驟7中，采用迭代最近點算法進行迭代。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于空間網(wǎng)格劃分的快速點云配準方法，其特征在于，完成點云精配準后，重合區(qū)域的點云存在冗余，借助空間網(wǎng)格進行點云融合，去除冗余點。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于空間網(wǎng)格劃分的快速點云配準方法，其特征在于，進行點云融合時，對落在同一個網(wǎng)格的多個點，用其重心來代替其它點。
9.一種點云配準裝置，其特征在于，包括：
采集模塊，用于采集被測物體全視角點云數(shù)據(jù)，并將采集的全視角點云數(shù)據(jù)傳遞至處理模塊；
處理模塊，用于對被測物體全視角點云數(shù)據(jù)進行配準，得到被測物體的全視角三維形貌。
10.一種計算機設(shè)備，其特征在于，包括電連接的存儲器和處理器，所述存儲器上存儲有可在處理器上運行的計算程序，所述處理器執(zhí)行所述計算程序時，實現(xiàn)權(quán)利要求1-8中任意一項所述的方法的步驟。
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