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专利号: 2017112782380
申请人: 重庆理工大学
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:

1.一种用于三维重建的点云配准方法,其特征在于,包括以下步骤:S101、用三维扫描仪从不同视角扫描物体表面,获得至少两个视角三维点云,取两个视角三维点云分别作为源点集P和目标点集Q;

S102、对P和Q构建KD-tree;

S103、基于KD-tree求取P中每个点的k_1个近邻点,并计算P中每个点的法向量;

S104、计算P中每个点的法向量夹角平均值;

S105、基于P中每个点的法向量夹角平均值对P中的点分级并设置最大分辨率,初始时分辨率为1;

S106、计算当前分辨率下P中每一级的采样比例并提取采样点;

S107、基于KD-tree求P中各采样点在Q中的k_3个近邻点,并基于本发明中的匹配度求各采样点与其k_3个近邻点的匹配值,计算匹配度时若某点无曲率信息,则求取其曲率信息并存储,取匹配值最小的点作为该采样点的匹配点;

S108、根据获得的匹配点对,使用四元素法计算旋转矩阵和平移矩阵;

S109、使用获得的旋转矩阵和平移矩阵对源点集P进行变换,得到转换后的点云集P1,并将P1作为新的源点集P;

S110、重复步骤S107到S109直到使目标函数最小;

S111、若分辨率满足预设条件或目标函数的均方根误差满足预设条件,则结束,否则将当前分辨率加1,并返回步骤S106。

2.如权利要求1所述的用于三维重建的点云配准方法,其特征在于,步骤S104包括:对于源点集P中任意点pi,使用KD-tree求取pi的k_2个近邻点,计算P中点pi的法向量夹角平均值Mi,其中Mi为:上式中 为点pi的法向量, 为pi近邻点的法向量,Mi值的大小反映pi局部区域的弯曲程度,Mi值越大,pi局部区域弯曲程度越大,Mi值越小,pi局部区域越平坦;由此计算出P中每个点的法向量夹角平均值。

3.如权利要求2所述的用于三维重建的点云配准方法,其特征在于,步骤S105包括:基于源点集P中每个点的法向量夹角平均值将P中的点分为m级,则第l级点的取值范围为:minM+(l-1)*G≤Ml<minM+l*G,1≤l≤m;

其中minM为源点集P中所有点的法向量夹角平均值的最小值,maxM为P中所有点的法向量夹角平均值的最大值,G是每级的间隔;

设最大分辨率为n,设初始时分辨率为1。

4.如权利要求3所述的用于三维重建的点云配准方法,其特征在于,步骤S106包括:当前分辨率为g时,1≤g≤n,第l级采样点的采样比例为:其中countm为第m级总点数,countl为第l级总点数,fix为向零取整;

计算当前分辨率为g时第l级采样点数Cl,g=countl·Rl,g,若当前分辨率g=1,对第i级随机采样Cl,g个点,否则,对第l级随机采样Cl,g-Cl,g-1个点。

5.如权利要求1所述的用于三维重建的点云配准方法,其特征在于,步骤S107包括:对源点集P中的任意采样点pi,使用KD-tree求取点pi在目标点集Q中的k_3个近邻点;

分别计算pi和其k_3个近邻点的匹配度W(pi,qj):上式中pi1、pi2、pi3、pi4分别为点pi的主曲率k1、k2、高斯曲率K、平均曲率H,qj1、qj2、qj3、qj4分别为近邻点qj的主曲率k1、k2、高斯曲率K、平均曲率H;

计算匹配度时若某点无曲率信息,则使用KD-tree求取其在对应点集的k_4个近邻点,计算曲率信息并存储;选取W(pi,qj)值最小的点作为pi的匹配点;由此选取出源点集P中各个采样点的匹配点。

6.如权利要求1所述的用于三维重建的点云配准方法,其特征在于,所述预设条件为当前分辨率等于最大分辨率,或者,所述预设条件为目标函数的均方根误差满足预设阈值或迭代至收敛。

7.如权利要求1所述的用于三维重建的点云配准方法,其特征在于,目标函数为式中Qi为源点集P中的点在目标点集Q中的匹配点,

Pi为源点集P中的点,N为匹配点对总数,通过迭代使目标函数的均方根误差满足预设阈值或迭代至收敛,则目标函数最小。