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专利号: 2019100253811
申请人: 西南交通大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 计算;推算;计数
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种低重叠率的三维点云配准方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤1:获取源点云和目标点云;

步骤2:利用体素化网格方法分别对步骤1获取的源点云和目标点云进行降采样,分别得到点云A和点云B;

步骤3:利用基于颜色的区域生长分割算法,分别将点云A和点云B分割成多个局部区域;

步骤4:枚举步骤3得到的点云A和点云B的分割结果,进行初步匹配,通过4PCS算法选择对应的四点全等集合;

步骤5:根据最大公共点集准则,选择局部区域最优的变换;

步骤6:根据步骤5的结果构造局部区域的匹配置信度系数,枚举计算所有局部区域匹配情况,对其进行排序,选择置信度系数最高的局部区域;

步骤7:对步骤6中选择的局部区域中的点云,利用LMedS采样一致性算法进行配准,得到最终刚性变换矩阵,完成点云配准。

2.根据权利要求1所述的一种低重叠率的三维点云配准方法,其特征在于,所述步骤1中获取源点云和目标点云的方法如下:保持场景中的待测物体静止不动,分别从两个不同视角V1和V2采集RGB点云数据;保证两帧点云之间存在重合区域;其中视角V1采集到的点云作为源点云,视角V2采集到的点云作为目标点云。

3.根据权利要求1所述的一种低重叠率的三维点云配准方法,其特征在于,所述步骤4中具体计算过程如下:S1:对点云A的分割结果集{A1,A2,…Am,…AM}和点云B分割结果集{B1,B2,…Bn,…BN}中的每个分割区域排列组合,实现局部点云的匹配;在点云A的分割结果集中的一个局部点云Am中选择共面四点基;

其中,m=1,2,3…M,M为点云A分割后的时簇数目;M为点云A分割后的时簇数目;其中:n=1,2,3…N,N为点云B分割后的时簇数目;

从Am中随机选取三个点a、b、c,根据这三点确定的平面上,选择第四个点d,这四个点构成的集合就是点云Am的共面四点基V;

S2:计算a、b、c和d构成的线段ab、cd的交比r1和r2;

a′、b′、c′、d′表示点云Bn中满足全等共面点仿射不变性条件的四点组合,e′为线段a′b′、c′d′的交点,任选一点作为原点,将点a、b、c、d、a′、b′、c′、d′、e′均使用向量的形式表示;

S3:在点云B的分割结果集中查询在一定误差允许范围内与共面四点基V交比相等的全等四点集;

针对点云B分割结果集中所有的点,计算他们两两之间线段的 和 匹配所有线段的e1和e2,若 和 之间的差值小于一定的阈值,则此时e1和e2分别对应的两组点对即构成一个全等四点集;求出误差允许范围内点云B分割结果集中所有的四点全等集U≡{U1,U2,U3…UI};

其中 和 为满足上式向量, 和 为对应a、b定义的向量,e1和e2为点云B分割结果集中对应线段的交点。

4.根据权利要求3所述的一种低重叠率的三维点云配准方法,其特征在于,所述步骤5中局部最优的变换计算过程如下:根据步骤4计算得到分割后的点云集,满足条件的四点全等集合U≡{U1,U2,U3…UI},对于每一个Ui,根据V和Ui之间的关系通过奇异值分解,求出刚性变换矩阵Ti;

I为满足条件共点四面集的数目,

将Am中所有点逐个利用Ti回带,求出与Bn中对应点的距离,若距离<δ则认为满足条件;

所有满足条件的点构成集合Am_max;

——求出V与所有Ui的对应刚性变换矩阵,将使Am_max中点数最多时对应的Ti作为该局部区域的最优刚性变换矩阵。

5.根据权利要求4所述的一种低重叠率的三维点云配准方法,其特征在于,所述步骤6中的置信度系数λmn计算方法如下:式中:size(Am)为源局部区域点云Am中元素数量,size(Am_max)为Am_max中元素的数量。

6.根据权利要求1所述的一种低重叠率的三维点云配准方法,其特征在于,所述步骤7的计算过程如下:S11:假设步骤6得到的局部区域为Ax和Bx,其中Ax为点云A中的局部区域,Bx为点云B中对应的区域;逐个计算点云Ax中的点与Bx中所有点之间的距离,选择距离最小的点作为对应点,构成对应点对集合C;

S12:在步骤S11中得到的集合C中随机选择出3组对应点,计算这两个局部区域点云之间的变换矩阵S;

S13:依次计算点云Ax中的点在变换矩阵S作用下与Bx中对应点的偏差,将所有偏差排序,记录其中位数Med;

S14:重复步骤S11~S13,Y次,从Y个Med值中选取最小的一个,其对应的变换矩阵即为最终变换矩阵,完成点云配准。