[发明专利]一种适用于球形靶标拟合的自适应栅格搜索方法

权利要求书

1.一种适用于球形靶标拟合的自适应栅格搜索方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1：利用三维激光扫描系统获取球形靶标点云；

步骤2：设置初始参数；

步骤3：设定拟合误差的判定准则，获取最优的球形靶标中心与半径；

步骤4：确定初始尺度初始尺度由X、Y、Z、R四个特征量的尺度组成，主要由点云的几何重心与预设的几何半径R_set共同确定；

步骤5：构建初始样本空间U⁽¹⁾；初始样本空间中的每个样本由四个特征量构成，其中为球形靶标的可能几何中心，为球形靶标的可能几何半径；

步骤6：确定初始的最优样本；

步骤7：更新尺度

步骤8：更新样本空间U⁽ⁱ⁾；

步骤9：寻找最优样本；

步骤10：循环执行步骤7、步骤8、步骤9，直到找到满足预定精度的样本，或者达到预定的循环次数N_opt。

2.根据权利要求1所述的一种适用于球形靶标拟合的自适应栅格搜索方法，其特征在于，所述步骤1中，利用地面三维激光扫描系统或者车载三维激光扫描系统采集球形靶标的点云P＝{(x_i,y_i,z_i)|i＝1,2,…,n}，球形靶标点云由球形靶标表面的测点数据组成，每个测点由X、Y、Z三个坐标分量组成。

3.根据权利要求1所述的一种适用于球形靶标拟合的自适应栅格搜索方法，其特征在于，所述步骤2中，初始参数主要由球形靶标的预设几何半径R_set、栅格采样数N_sub、迭代优化次数N_opt、拟合误差阈值E_min四部分组成；其中，球形靶标的预设几何半径R_set为欲拟合的球形靶标半径的预估值；栅格采样数N_sub为在空间栅格构建时，(X,Y,Z,R)各维度的采样个数；迭代优化次数N_opt为预定的迭代优化的最大执行次数，该值用于限定拟合过程的迭代次数，防止出现无限循环；拟合误差阈值E_min为判定结束搜索条件的球形靶标点云的总体误差。

4.根据权利要求1所述的一种适用于球形靶标拟合的自适应栅格搜索方法，其特征在于，所述步骤3中，为获取最优的球形靶标中心与半径，设定最优中心与半径的判定准则；这里采用算术误差测度，以拟合误差E_fit评价；假设球形靶标的拟合中心为(a,b,c)，拟合半径为R，那么拟合误差E_fit的可由式(1)确定：

式中，(x_i,y_i,z_i)为球形靶标点云的测点坐标，n为球形靶标点云所含的测点个数。

5.根据权利要求1所述的一种适用于球形靶标拟合的自适应栅格搜索方法，其特征在于，所述步骤4中，几何重心由式(2)计算可得，初始尺度由式(3)计算可得：

式中，(x_i,y_i,z_i)为点云P的测点坐标，n为点云P的测点个数；

6.根据权利要求1所述的一种适用于球形靶标拟合的自适应栅格搜索方法，其特征在于，所述步骤5中，初始样本空间U⁽¹⁾中的样本由初始尺度与预设的栅格采样数N_sub共同确定，为X⁽¹⁾、Y⁽¹⁾、Z⁽¹⁾、R⁽¹⁾四个特征量的所有取值组合，由式(4)确定各特征量的可能取值：

式中，取值为0，因为球形靶标的几何半径永远大于0。