[发明专利]层次化的多片点云刚性配准方法

权利要求书

1.一种层次化的多片点云刚性配准方法，其特征在于，包括：

(1)建立表示多片点云之间重叠关系的连接关系图，图中的每个节点表示一片点云，每条边连接两片有重叠关系的点云；

(2)将所述连接关系图中每两片有连接关系的点云分别进行刚性配准，记录刚性配准后两片点云之间的刚体变换、重叠面积以及点与点的对应关系；

(3)以步骤(2)计算得到每两片点云之间的重叠面积为权重，提取出所述连接关系图中的最大生成树，再以此最大生成树为基准，根据最大化重叠面积和最短化环路长度的原则，提取出所述连接关系图中的所有独立的环；

(4)根据步骤(2)得到每两片点云之间的刚体变换和点与点的对应关系，计算步骤(3)中提取的每个独立的环的闭合程度；

(5)对步骤(3)提取的每个独立的环依次进行封闭操作以优化各片点云的刚体变换，使优化后的各片点云之间的相对刚体变换满足刚体变换的一致性；

对每个独立的环依次进行封闭操作的顺序由每个独立的环的闭合程度高低来确定，闭合程度高的环优先封闭；

一个独立的环被进行了封闭操作后，先将该独立的环融合为一个整体的新点云，并更新所述连接关系图，然后将该新点云进行刚性配准，并计算与新点云相关的新环的闭合程度；

(6)对优化后的所有点云进行全局的配准误差扩散操作以完成刚性配准。

2.根据权利要求1所述的层次化的多片点云刚性配准方法，其特征在于，步骤(3)中，最大化重叠面积和最短化环路长度的原则为：提取独立的环时，按权重从大到小开始逐条加边，每加一条边提取出一个路径长度最短的环。

3.根据权利要求1所述的层次化的多片点云刚性配准方法，其特征在于，步骤(4)中，计算独立的环闭合程度的方式为最小化以下函数：

其中，和是该函数自变量，分别表示作用于该环中第t和第t+1片点云的刚体变换；

L表示该环中点云的片数；

N_t是步骤(2)计算得到的第t和第t+1片点云之间的对应点数目；

和是步骤(2)计算得到的分别位于第t和第t+1片点云中的一组对应点，其中i为所有对应点的索引号；

ψ_t是步骤(2)计算得到的第t片点云相对于第t+1片点云的刚体变换；

是ψ_t的逆变换；

表示第t片点云中的点经过刚体变换ψ_t后的结果，表示第t+1片点云中的点经过刚体变换后的结果。

4.根据权利要求3所述的层次化的多片点云刚性配准方法，其特征在于，步骤(5)中，对每个独立的环进行封闭操作的方法直接利用了步骤(4)得到的优化结果，即将步骤(4)计算该环闭合程度时得到的最优变量作用于该环中对应的每片点云上；

其中，表示作用于该环中第t片点云的刚体变换；

L表示该环中点云的片数。

5.根据权利要求1所述的层次化的多片点云刚性配准方法，其特征在于，步骤(6)中，所述全局配准误差扩散操作的方法是最小化以下函数表达式：

其中，和是该函数的自变量，分别表示作用于所述连接关系图中有连接关系的第α和第β片点云的刚体变换；

P表示所述连接关系图中有连接关系的点云的对数；

N_μ是经过步骤(5)之后得到的更新的第α和第β片点云之间的对应点数目；

和是经过步骤(5)之后得到的更新的第α和第β片点云之间的一组对应点，分别位于第α和第β片点云中；

ψ_α，β是经过步骤(5)之后得到的更新的第α相对于第β片点云的刚体变换；

是的逆变换；

表示第α片点云中的点经过刚体变换ψ_α，β后的结果，表示第β片点云中的点经过刚体变换后的结果；

得到最优变量后，将相应的刚体变换作用于所述连接关系图中对应的点云上即完成全局误差扩散操作；其中，表示作用于第m片点云的刚体变换，M表示所述连接关系图中的点云的总片数。