[发明专利]一种基于SIFT和LBP的点云配准的接触网三维重建方法

说明书

技术领域

本发明涉及电气化铁路悬挂装置三维模型获得领域，考虑三维重建过程中点云配准方法。

背景技术

接触网作为铁路电气化工程的主架构，其三维模型在人员培训、故障检测、接触网参数设计方面的应用前景广泛^[1,2,3]。目前，关于接触网零部件三维模型的获得大多采用3DMax等三维软件并参考各接触网参数进行绘制，获得模型所需耗时长、工作量大及获得模型与实际模型相差较大。所以新的自动化重建方法是必需的，具体思路为：利用光学扫描仪获得接触网各零部件的点云数据，并运用一定的点云配准算法将不用视角下测量得到的多片点云转换合并到同一坐标系下形成一个完整的数据点云，然后经曲面重建和渲染获得各部件三维模型。

目前利用深度数据的三维重建研究较为广泛，有点云简化、点云配准及应用方面，但总体来说在电气化铁路接触网零部件的三维重建方面的应用研究几乎没有。

文献“蔡宽.基于点云的三维重建技术研究[D].哈尔滨工业大学硕士学位论文,2010.”和“王二柱.基于点云的三维重建系统研究与实现[D].哈尔滨工业大学硕士学位论文,2011.”介绍了一种新型的三维重建方法，并给出了重建的基本过程及流程，另外，还提出了一种新的海量空间点云数据的简化方法。该方法以海量散乱空间点云数据为输入数据，将非均匀网格法和曲率精简法相结合对点云数据进行精简，首先搜索各离散点K近邻并获取其最小二乘曲面，计算法矢和曲率，经全局调整，保证法矢的全局协调性，然后进行精简。K近邻搜索所用方法为Kd-Tree近邻搜索法，最小二乘曲面获取所用方法是抛物面拟合法，精简算法使用的是非均匀网格法及曲率精简法。

文献“楚发.基于体感的三维配准系统的设计与实现[D].上海交通大学硕士学位论文,2011.”设计开发了基于体感的三维配准系统，该系统采用多层系统架构设计，底层基于微软Kinect for windows体感设备进行三维信息的采集，采用开源OpenNI框架驱动，按照相似点评估提取、坐标转换及点云对齐进行点云配准，同时考虑系统的效率及配准的效果间的协调。系统中对快速点特征直方图(Fast Point Feature Histograms，FPFH)算法做了改进，提出三角法线特征直方图(Triangle Normal Feature Histograms，TNFH)算法，只利用三角面法线夹角特征，使特征计算的过程得以简化，并较FPFH算法复杂度低及特征量更少，并保持FPFH的配准率。

文献“刘求龙,胡伍生.利用点云数据进行惠泉变电站三维重建[J].地矿测绘,2009,25(4): 7-8.”提出了运用点云数据对变电站进行三维重建的方案，首先利用激光扫描仪采集待重建物体不同角度的点云数据；然后进行相邻角度点云数据的自动拼接，形成完整点云；最后提取点云特征线，结合共面条件，生成待重建物体的三维模型，完成变电站的三维重建及模型可视化。

发明内容

鉴于现有技术的以上不足，本发明的目的在于提供一种接触网零部件的三维重建方法，该方法是采用三维点云处理技术对获取到的待重建接触网零部件点云数据进行预处理、配准、融合及曲面重建，获得三维模型。其核心是对三维重建中点云配准算法作了改进，在利用SIFT算法提取关键点后，采用均匀模式的LBP特征来构建关键点描述向量，然后进行后续配准过程及三维重建，获得三维模型。此改进提高了点云配准的速度，且对配准效果影响不大，从而加快三维重建。

本发明的目的是通过如下的手段实现的：

一种基于SIFT和LBP的点云配准的接触网零部件三维重建方法，通过Kinect设备获取待重建接触网零部件三维点云数据，包含如下手段：

(1)、接触网零部件三维点云数据获取及预处理

利用Kinect for Windows设备并结合OpenNI中的Niviewer.exe获取oni格式视频数据，然后运用点云库PCL将视频数据转换为pcd格式点云数据文件，从而获得待重建接触网零部件所在环境初始三维数据；对获取到的初始三维点云数据进行去噪、简化、分割聚类、融合等预处理操作，得到待重建接触网零部件三维点云数据。