[发明专利]一种基于平面特征的点云数据自动配准方法及装置

权利要求书

1.一种基于平面特征的点云数据自动配准方法，其特征在于，该配准方法包括以下步骤：

1)获取目标点云数据和待配准点云数据；

2)分别对目标点云数据和待配准点云数据进行平面分割，得到目标平面片组和待配准平面片组，并计算各平面组中的每个平面片的属性信息；

3)根据每个平面片的属性信息从目标平面片组和待配准平面片组得到属性一致的平面对集合；所述属性一致的平面对集合指的是目标平面片组和待配准平面片组中满足平面面积比例小于设定比例、平面形状之差小于设定形状差、平面拟合均方误差之差小于设定误差的平面对；

4)从属性一致的平面对集合中选取两对非平行平面对，并根据得到的两对非平行平面对确定旋转矩阵；利用旋转矩阵从所述属性一致的平面对集合的剩余平面对中选取满足旋转一致性的一个非平行平面对，并将所选取的三对平面对作为一个三元组，将该三元组对应的转换参数作用于该三元组中待配准点云的平面，若满足重叠条件，则将该三元组加入三元组集合；

所述非平行平面对指的是满足以下三个条件的平面对：

条件1：

条件2：

条件3：

其中，是目标点云所属的两个平面的法向量，是待配准点云所属的两个平面法向量，是非平行角度阈值，是相应的角度差阈值；分别对应表示所属平面的重心，γ表示设定阈值；

旋转一致性度量δ_R的计算公式为：

其中，上标t和s用于标志目标点云和待配准点云，n为平面的单位法向量；

总体一致性度量δ的计算公式为：

其中，m表示重心，d为坐标原点到拟合平面的距离；

5)按照步骤4)的方式遍历属性一致的平面对集合中的剩余平面对，得到三元组集合，将三元组集合中各三元组对应的转换参数分别作用于待配准点云数据，并计算总体一致性度量，从中选取总体一致性度量最小的三元组的转换参数进行点云配准。

2.根据权利要求1所述的基于平面特征的点云数据自动配准方法，其特征在于，该方法还包括在进行平面分割前对目标点云数据和待配准点云数据进行预处理的步骤，从目标点云数据和待配准点云数据中去除体外孤点和野值点。

3.根据权利要求1所述的基于平面特征的点云数据自动配准方法，其特征在于，所述步骤2)中每个平面片的属性信息包括平面的单位法向量、坐标原点到拟合平面的距离、平面拟合的均方误差、平面片的面积、平面片的边界点、边界长度和平面片最小包围矩形的长和宽。

4.根据权利要求3所述的基于平面特征的点云数据自动配准方法，其特征在于，所述步骤2)中的平面分割采用的是基于体素生长的自适应平面分割算法实现。

5.根据权利要求4所述的基于平面特征的点云数据自动配准方法，其特征在于，所述步骤2)在体素生长过程中采用增量式的PCA算法计算体素生长后的平面参数以及平面拟合的均方误差。

6.根据权利要求5所述的基于平面特征的点云数据自动配准方法，其特征在于，该方法还包括对采用增量式的PCA算法得到平面参数通过顾及传感器测量噪声的平面拟合算法进行重新计算。

7.根据权利要求1所述的基于平面特征的点云数据自动配准方法，其特征在于，所述步骤4)中的旋转矩阵采用协方差矩阵加权的奇异值分解法计算得到。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的基于平面特征的点云数据自动配准方法，其特征在于，该方法还包括对步骤2)中的平面片进行过滤，以去除面积较小、近似线形、平面度较差的平面片。

9.一种基于平面特征的点云数据自动配准装置，其特征在于，该装置包括存储器和处理器，以及存储在所述存储器上并在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器与所述存储器相耦合，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1-8中任一项所述的平面特征的点云数据自动配准方法。