[发明专利]一种CAD模型与三角网格全自动配准方法和装置

权利要求书

1.一种CAD模型与三角网格全自动配准方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、读取标称CAD模型和用三维扫描系统扫描得到的初始扫描三角网格模型；提取初始扫描三角网格模型的顶点作为待配准的源点云；利用CAD三角剖分算法对所述标称CAD模型进行三角剖分，得到CAD三角网格，再对该CAD三角网格进行细分以提高点云均匀度和稠密度，并提取细分后的CAD三角网格的顶点作为目标点云；

S2、分别对所述源点云和所述目标点云进行采样，采样比例根据所述源点云和所述目标点云的平均点距r₀自适应确定以使采样后的源点云和目标点云的平均点距相近；计算采样后的源点云和目标点云中的每一采样点的法向量；

S3、将源点云和目标点云中的每一采样点作为特征点，根据各采样点的法向量分别计算各采样点的点快速特征直方图，利用所述点快速特征直方图描述对应的所述特征点；

S4、对于目标点云中的特征点，在点快速特征直方图特征空间构建kd-tree；从源点云中的特征点中随机选择四个特征点，根据建立好的kd-tree，在目标点云中查找并记录所述四个特征点中每个特征点的最近邻点,以作为所述四个特征点在目标点云中的对应点，从而得到四个对应点对；

S5、对于所述四个对应点对，利用修剪算法剔除错误点对；利用修剪算法剔除错误点对包括：

判断每个对应点对是否同时满足如下三个条件：

①该点对内的两个点之间的间距小于预设阈值；

②该点对内的两个点的法向量点积小于预设弧度值；

③l_source＜0.85*l_target或l_target＜0.85*l_source；其中，l_source为所述四个特征点中任意两个特征点P_A、P_B之间连线的长度；l_target为P_A、P_B在目标点云中的两个对应点Q_A、Q_B之间连线的长度；

若所述三个条件均满足，则不进行剔除；若不满足所述三个条件中的任一条件，则判断为错误点对予以剔除；

S6、利用所述四个对应点对估计基本矩阵作为迭代初始值，重复步骤S4和S5进行RANSAC迭代，在后面的重复迭代过程中仅将满足修剪算法的匹配点对用于计算更新基本矩阵，并在每一次迭代时用最新得到的基本矩阵在整个源点云上进行验证以筛选正确匹配点对；最后选取具有最多正确匹配点对的数据集的基本矩阵作为最终基本矩阵，并将该数据集作为有效点对集；

S7、针对步骤S6得到的有效点对集，进行奇异值分解，求解出旋转平移矩阵；

S8、利用所述旋转平移矩阵对步骤S1中待配准的源点云进行旋转平移，完成所述标称CAD模型与所述初始扫描三角网格的全自动配准。

2.如权利要求1所述的CAD模型与三角网格全自动配准方法，其特征在于，步骤S1中对该CAD三角网格进行细分时采用Loop细分算法；步骤S2中对所述源点云和所述目标点云进行采样的方法是体素采样。

3.如权利要求1所述的CAD模型与三角网格全自动配准方法，其特征在于，步骤S2在求取每一采样点法向量的过程中，均需要搜索被求点的第一邻域半径r₁内的邻域点来拟合平面，并以平面的法向量作为被求点的法向量；其中，所述第一邻域半径r₁根据所述平均点距r₀来设置。