[发明专利]三维扫描点云数据的拼接方法及系统

权利要求书

1.一种三维扫描点云数据的拼接方法，其特征在于，包括：

获取三维扫描的点云数据，并对点云数据进行预处理；

对预处理后的点云数据与上一帧的点云数据进行迭代匹配；

根据预设迭代终止条件和迭代匹配条件判断是否迭代匹配成功；

当判断迭代匹配成功时，确定点云数据的关键帧；

计算关键帧的点云数据和关键帧之前的所有点云数据的最近点，以进行关键帧校正；以及

根据校正的关键帧进行点云数据的拼接；

所述确定点云数据的关键帧，包括：

对获取的点云数据进行刚体变换和法向变换；

计算刚体变换和法向变换后点云数据与上一帧点云数据的重叠率；以及

根据计算的重叠率确定点云数据的关键帧；其中，变换后点云数据与上一帧点云数据两者之间交集超过预设比率时判定对应的帧为关键帧。

2.根据权利要求1所述的三维扫描点云数据的拼接方法，其特征在于，所述对预处理后的点云数据与上一帧的点云数据进行迭代匹配，包括：

提取预处理的点云数据和上一帧的点云数据中二维坐标一致的点对作为初始点对；

根据初始点对的对应关系使用奇异值分解计算初始变换矩阵；

根据计算的初始变换矩阵对预处理的点云数据进行变换；

计算变换后的点云数据与上一帧的点云数据之间的最近点作为有效点对；以及

根据有效点对和代价函数计算变换矩阵。

3.根据权利要求1所述的三维扫描点云数据的拼接方法，其特征在于，所述对点云数据进行预处理，包括：

计算点云数据的所有点的邻域拓扑关系；

计算点云数据的所有点的法向；以及

判断并过滤点云数据中的离群点。

4.根据权利要求1所述的三维扫描点云数据的拼接方法，其特征在于，所述预设迭代终止条件包括迭代次数、相邻两次迭代矩阵相似度和相邻两次迭代点对距离，所述迭代匹配条件包括点对距离的均方差和相邻点云数据的重叠率。

5.一种三维扫描点云数据的拼接系统，其特征在于，包括：

预处理模块，用于获取三维扫描的点云数据并对点云数据进行预处理；

迭代匹配模块，用于对所述预处理模块预处理后的点云数据与上一帧的点云数据进行迭代匹配；

迭代判断模块，用于根据预设迭代终止条件和迭代匹配条件判断是否迭代匹配成功；

关键帧确定模块，用于当所述迭代判断模块判断所述迭代匹配模块迭代匹配成功时，确定点云数据的关键帧；

关键帧校正模块，用于计算所述关键帧确定模块确定的关键帧的点云数据和关键帧之前的所有点云数据的最近点，以进行关键帧校正；以及

点云数据拼接模块，用于根据所述关键帧校正模块校正的关键帧进行点云数据的拼接；

所述关键帧确定模块包括：

刚体法向变换单元，用于对所述预处理模块预处理的点云数据进行刚体变换和法向变换；

重叠率计算单元，用于计算所述刚体法向变换单元刚体变换和法向变换后点云数据与上一帧点云数据的重叠率；以及

关键帧确定单元，用于根据所述重叠率计算单元计算的重叠率确定点云数据的关键帧；其中，变换后点云数据与上一帧点云数据两者之间交集超过预设比率时判定对应的帧为关键帧。

6.根据权利要求5所述的三维扫描点云数据的拼接系统，其特征在于，所述迭代匹配模块包括：

初始点对提取单元，用于提取所述预处理模块预处理的点云数据和上一帧的点云数据中二维坐标一致的点对作为初始点对；

初始变换矩阵计算单元，用于根据所述初始点对提取单元提取的初始点对的对应关系使用奇异值分解计算初始变换矩阵；

点云数据变换单元，用于根据所述初始变换矩阵计算单元计算的初始变换矩阵对所述预处理模块预处理的点云数据进行变换；

有效点对计算单元，用于计算所述点云数据变换单元变换后的点云数据与上一帧的点云数据之间的最近点作为有效点对；以及

变换矩阵计算单元，用于根据所述有效点对计算单元计算的有效点对和代价函数计算变换矩阵。