[发明专利]一种基于精度控制场和点云特征相似性的点云拼接方法

说明书

本发明公开了一种基于精度控制场和点云特征相似性的点云拼接方法，包括：基准测量系统构建控制场、全局坐标系，传感器在初始位姿采集标志点、获取源点集；传感器在下一位姿，采集标志点，获得目标点集；分别求取源点集和目标点集的初始转换关系RT0；利用RT0对目标点集平移旋转，求取重叠区域，基于点云相似性，解算目标点集与全局坐标系的转换关系RT1；利用RT1和每个对照点查找候选同名点；继续构造由精度控制场和点云相似性共同约束的目标函数，迭代得到RT2；得出各位姿处的转换关系，完成整体扫描；本方案优化了现有拼接过程，减少了标志点数量要求；提高了大型复杂物体点云拼接的实用性、灵活性与效率。

技术领域

本发明涉及三维测量领域，具体涉及一种基于精度控制场和点云特征相似性的点云拼接方法。

背景技术

点云拼接是大型物体三维测量的一个重要环节，其目的是将多次(多个视场)扫描的点云精确地统一到同一坐标系。目前常用的点云拼接方法有三类：点云相似性拼接、标志点拼接、精度控制场拼接。

点云特征相似性拼接方法利用相邻视场点云重叠部分的几何拓扑结构相似性实现拼接，其优点在于无需在被测物表面布设标志点，在实际使用中具有方便、灵活的特点。但是其缺点在于拼接精度差，无法适用于精密测量应用，常用于对拼接精度要求不高的建筑、文物、家居家装、消费品等三维展示和逆向设计应用。

标志点拼接和精度控制场拼接是高精度测量常用的点云拼接方法，常应用于汽车、航空、航天等高端制造领域的精密测量。标志点拼接方法通过在被测物表面布设标志点，在扫描点云的同时精确测量出标志点的三维坐标，利用标志点间的刚体不变性计算相邻视场点云所在坐标系的旋转和平移关系，实现点云拼接。其拼接精度由标志点的测量精度保证，因而可实现高精度拼接，是精密测量领域常用的拼接方法。然而，采用标志点拼接方法，多个视场的点云必须通过两两逐次拼接方式实现，且要求相邻视场必须具有3个以上公共的标志点，不仅需要在被测物表面布设大量的标志点，而且逐次拼接过程中误差会随着拼接过程逐次累计。例如，共有5个视场的点云，其拼接顺序为：点云1与点云2，点云2与点云3，点云3与点云4，点云4与点云5。若点云1与点云2在拼接误差，则点云2～点云5均会存在拼接误差。因此，标志点拼接方法仅适用于小型物体测量应用，无法用于大型物体精密测量。

控制场拼接方法与标志点拼接方法类似，也需要在被测物表面布设标志点。但是在扫描点云之前，需要用其他高精度测量系统(如摄影测量系统、激光跟踪仪、悬臂式三坐标等)预先精确测量标志点的三维坐标，全部标志点构成了精度控制场并建立全局坐标系，控制点云拼接精度。在扫描点云时同时测量出视场内标志点的三维坐标，同样利用标志点的在当前视场与精度控制场的刚体不变性，直接计算出当前视场所在坐标系与全局坐标系的旋转和平移关系，实现点云拼接。控制场拼接方法的显著优点在于拼接精度由精度控制场保证，多视场点云拼接不存在累计误差，是目前大型物体精密测量最常用的点云拼接方法。但是，精度控制场拼接方法要求每个视场有3个以上标志点，对于大型复杂物体而言，需要布设标志点数量较多，实际使用时不仅工作量大，而且灵活性差、操作不方便。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种基于精度控制场和点云特征相似性的点云拼接方法，其以精度控制场为基础，利用点云特征相似性作为补充信息参与点云拼接，不仅保留了精度控制场拼接方法高精度的优势，而且解除了每个视场内必须有3个以上标志点的限制，提高了大型复杂物体点云拼接的实用性、灵活性与效率。

本发明的技术方案如下：

一种基于精度控制场和点云特征相似性的点云拼接方法，包括如下步骤：

1)、基准测量系统采集预先布置在被测物表面及工位的各个标志点坐标，构建精度控制场、全局坐标系，记各个标志点在全局坐标系中的三维坐标为基准三维坐标；

2)、利用三维扫描传感器在初始位姿获取被测物点云，记为点集A；

所述三维扫描传感器在初始位姿采集的图像中至少包含3个标志点；