[发明专利]一种结合旋转平台和ICP的点云配准方法

说明书

本发明公开了一种结合旋转平台和ICP的点云配准方法通过旋转平台粗配准，不需要依赖点云自身的表面特征，只需要知道点云之间的旋转角度和旋转轴位置，然后将此配准结果作为ICP配准算法时的初始位置进行进一步的精配准，从而有效地解决了由于各个角度的特征比较相似甚至相同的点云配准失败的问题，最终获得较好的配准结果。

技术领域

本发明属于点云配准方法技术领域，具体涉及一种结合旋转平台和ICP的点云配准方法。

背景技术

点云配准技术是通过计算两片点云间的转换矩阵，对多幅单视角点云进行拼接，从而获得完整的点云模型，点云配准技术在整个三维重建过程中发挥着至关重要的作用，因为每片点云都是从一个单一的视角获得的，不能反映物体整体的特征，所以要想得到一个物体完整的点云模型就必须要通过点云配准技术对各个视角的点云进行拼接。目前，国内外的许多学者都对点云配准技术做了不同程度的研究，点云配准技术包括点原粗配准和点云精配准，并且通常情况下这两种技术需要结合起来使用。其中，目前应用比较广泛的粗配准技术大多是基于随机采样一致性(RANSAC)思想的,比较经典的算法有Super-4pcs,SAC-IA等，其中SAC-IA算法需要计算点云的点特征直方图，计算量比较大，导致效率比较低，而Super-4pcs算法需要根据两片点云中的共面四点对估计转换矩阵，所以无论是SAC-IA算法，还是Super-4pcs算法都要依赖于点云的表面特征来计算两片点云之间的对应点，从而计算出点云之间的转换矩阵。所以这类算法有一个相同的缺点，那就是对于那些各个角度的特征比较相似甚至相同的点云，在寻找对应点的时候很容易出现错误，从而导致配准失败。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的结合旋转平台和ICP的点云配准方法解决了现有的点云配准过程中各个角度的特征比较相似甚至相同而造成的点云配准失败的问题。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种结合旋转平台和ICP的点云配准方法，包括以下步骤:

S1、获取旋转平台上的平面点云和原始待配准点云；

S2、对旋转平台上的平面点云进行处理，获得对应的旋转矩阵；

S3、基于旋转矩阵，对原始待配准点云进行粗配准；

S4、将粗配准后的点云作为点云初始位置，通过ICP配准算法对粗配准后的点云进行精配准；

S5、基于精配准后的点云，进行多幅点云的逐步配准，获得完整的点云模型，进而实现点云配准。

进一步地，所述步骤S2具体为：

S21、确定旋转平台中心点的三维坐标；

S22、对旋转平台上的平面点云进行点云修正误差处理；

S23、对修正误差处理后的平面点云进行平面拟合，并确定平面法向量；

S24、根据旋转平台中心点的三维坐标和平面法向量，确定旋转平台的旋转参数；

S25、根据旋转平台的旋转参数，计算出对应的旋转矩阵。

进一步地，所述步骤S22中通过对旋转平台上的平面点云进行双边平滑滤波处理，实现修正点云误差。

进一步地，所述步骤S23具体为：

设修正误差后的平面点云满足的平面方程为ax+by+cz+d＝0，在重建的平面点云上抽取m个点代入平面方程，当m4时，得到平面方程中参数a,b,c和d的最小二乘解，进而得到此时的平面法向量为：

式中，N_x,N_y,N_z分别平面法向量的x轴、y轴和z轴坐标。