[发明专利]光学三维测量中多视点云数据的全局优化配准方法

权利要求书

1.光学三维测量中多视点云数据的全局优化配准方法，所述方法基于一个包括有采集装置和计算机控制装置的硬件系统平台，待测物体上粘贴有标记点作为待测物体特征标记点，计算机控制装置控制采集装置分别从N个视点采集待测物体的测量数据信息，获得N组待测物体的二维测量数据，从中提取出N组待测物体特征标记点的二维测量数据，将其恢复为N组待测物体特征标记点的三维测量数据，其中，N为采集装置采集待测物体的视点数目，且N为大于1的整数；

N个视点采集的待测物体特征标记点的三维测量数据进行配准的方法：

将第一个视点作为目标视点，第二个视点作为待转换视点，从目标视点的待测物体特征标记点的三维测量数据及待转换视点的待测物体特征标记点的三维测量数据中识别出M₁个待测物体公共特征标记点，所述目标视点的待测物体公共特征标记点的三维测量数据作为目标数据，所述待转换视点的待测物体公共特征标记点的三维测量数据作为待转换数据；

进行数据配准的过程为：将待配准数据向目标数据进行配准，获得配准结果数据，将这个配准结果数据作为下一次配准的目标数据；

选择第i个视点作为待转换视点，从目标视点的待测物体特征标记点的三维测量数据及待转换视点的待测物体特征标记点的三维测量数据中识别出M_i个待测物体公共特征标记点，所述待转换视点的待测物体公共特征标记点的三维测量数据作为待转换数据，然后重复上述数据配准过程，直到所有视点都作为待转换视点完成数据配准为止，其中，i=3、4、……N，M₁、M_i为大于2的整数；

其特征是：所述的将待配准数据向目标数据进行配准的方法具体为：

步骤一、根据待配准数据及目标数据，计算机控制装置计算出将M_i个公共特征标记点从待配准数据向目标数据进行配准时的旋转矩阵和平移向量，将所述的旋转矩阵以单位四元数的形式存储，且单位四元数的实数分量为正，单位四元数与平移向量构成坐标变换向量；

步骤二、根据待配准数据及目标数据，将M_i个公共特征标记点的待配准数据投影到目标视点所对应的平面上，获得M_i个投影图像公共特征标记点的二维坐标，令一个投影图像公共特征标记点的二维坐标为                                                ，该公共特征标记点在目标视点的二维测量数据的坐标为x，将步骤一中获得的坐标变换向量作为待优化的坐标变换向量；

步骤三、根据成像原则，投影图像公共特征标记点的二维坐标与待优化的坐标变换向量的关系表示为=f()，计算公共特征标记点在目标视点的二维测量数据的坐标为x与投影图像公共特征标记点的二维坐标为之间的偏差为，其中，f(·)为投影函数；

步骤四、判断步骤三中所述的偏差e是否在预先设定的允许偏差范围内，判断结果为是，执行步骤六，判断结果为否，执行步骤五；

步骤五、利用光束平差法计算待优化的坐标变换向量的变化量，修正待优化的坐标变换向量，修正后的待优化的坐标变换向量，并将所述的修正后的待优化的坐标变换向量定义为待优化的坐标变换向量，返回步骤三；

步骤六、将待优化的坐标变换向量定义为优化后的坐标变换向量，执行步骤七；

步骤七、根据步骤六中获得的优化后的坐标变换向量，将待配准数据进行配准，得到配准结果数据。 

2.根据权利要求1所述的光学三维测量中多视点云数据的全局优化配准方法，其特征在于：所述的采集装置是CCD摄像头。

3.根据权利要求1所述的光学三维测量中多视点云数据的全局优化配准方法，其特征在于：步骤一中，所述的旋转矩阵是一个3×3的矩阵，所述的平移向量是一个3×1的向量，所述的单位四元数是一个4×1的向量，所述的由单位四元数与平移向量构成的坐标变换向量是一个7×1的向量。

4.根据权利要求1所述的光学三维测量中多视点云数据的全局优化配准方法，其特征在于：步骤五中，所述的利用光束平差法计算待优化的坐标变换向量的变化量的方法为：

步骤五一、在待优化的坐标变换向量处，对于待优化的坐标变换向量的变化量，将投影函数展开为一阶Taylor多项式：

其中，为雅可比矩阵，所述的投影函数，即为修正后的待优化的坐标变换向量在平面上的投影；

步骤五二、计算公共特征标记点的目标数据的二维坐标x与修正后的待优化的坐标变换向量在平面上的投影的差值，；

步骤五三、为使得步骤五二中所述的最小，则令与正交，即；

步骤五四、整理步骤五三中的等式，获得形式如下：；

步骤五五、将步骤五四中获得的整理后的等式转换为增强型方程，，

其中，为单位阵，为单位阵系数，且；

步骤五六、根据步骤五五中得到的增强型方程，待优化的坐标变换向量的变化量为。