[发明专利]三维扫描点云数据的拼接方法及系统

说明书

本发明涉及三维扫描技术领域，公开了一种三维扫描点云数据的拼接方法及系统。所述三维扫描点云数据的拼接方法，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。本发明通过点云数据和上一帧点云数据的迭代匹配确定和校正关键帧，进而通过关键帧实现了三维扫描点云数据的快速、精确拼接，提升了三维扫描点云数据拼接的精确度、适应性和拼接效果。

技术领域

本发明涉及三维扫描技术领域，尤其涉及一种三维扫描点云数据的拼接方法及系统。

背景技术

三维扫描技术是三维空间数据建模的基础，在各行各业都有广泛应用。现有三维扫描技术通过扫描仪器在不同视角多次扫描获取三维空间的点集成为点云数据，然后将各个视角的点云数据转化为同一三维坐标系下进行点云数据的拼接，最终形成三维扫描点云数据。

现有三维扫描技术通常采用最近点迭代法(ICP)利用牛顿迭代或者搜索方法寻找两组点云对应的最近点对，采用欧式距离作为目标函数进行迭代，从而得到三维数据的刚体变换，但这种方式要求每帧的点云数据有足够的特征而适应性较差，同时这种拼接方式精确度较低，容易形成累计误差而导致分层，进而影响三维扫描的拼接效果。

发明内容

鉴于此，本发明提供一种三维扫描点云数据的拼接方法及系统，解决现有三维扫描拼接的精确度、适应性和拼接效果不佳的技术问题。

根据本发明的一个实施例，提供一种三维扫描点云数据的拼接方法，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。

优选的，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。

优选的，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。

优选的，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。

优选的，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。

根据本发明的另一个实施例，还提供一种三维扫描点云数据的拼接系统，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。