一种基于具有标志点的旋转平台的点云配准方法技术

本发明专利技术公开了一种基于具有标志点的旋转平台的点云配准方法，以旋转平台为载体，将物体放置于旋转平台上，以旋转平台上的标志点作为运算基础，通过各种算法精确计算出旋转平台的旋转角度，并且重复上述步骤多次，从而得到多个旋转角度的数据值，进一步利用这些角度将各个重构点云的坐标统一到同一个坐标系下，从而实现待测物体点云的配准。本发明专利技术以标志点作为运算基础，使得方法操作简单实用，便于本领域的技术人员实施，同时运算范围更加精确，由运算范围带来的误差更小，从而能够提高配准精度，满足本领域技术人员的三维形貌测量需求。

A registration method of point cloud based on a rotating platform with a sign point

The invention discloses a method of point cloud registration point mark based on rotating platform, with rotating platform as the carrier, the object placed on the rotating platform, to mark the rotating platform point as the base of operation, through a variety of algorithms to accurately calculate the rotation angle of the rotating platform, and repeat the above steps repeatedly, thus to obtain a plurality of rotation angle data values, further use of these angles will unify the coordinate point cloud reconstruction to the same coordinate system, so as to realize the object to be measured point cloud registration. The invention to mark the point as the base of operation, the method is simple and practical, convenient for the technical personnel in the field of implementation, and the operation range is more accurate, less error caused by the operation range, which can improve the accuracy of registration, to meet the needs of three-dimensional shape measurement and technical personnel in the field.

【技术实现步骤摘要】
一种基于具有标志点的旋转平台的点云配准方法
本专利技术属于三维形貌测量领域，尤其是一种基于具有标志点的旋转平台的点云配准方法。
技术介绍
近年来，随着现代科学研究的深入和工业生产水平的不断提高，三维形貌测量越来越受到人们的关注。其中，基于数字条纹投影的三维形貌测量技术由于其具有操作简单、实时和精度高等优点，在文物测量、汽车制作和模具等行业中得到了广泛的应用。但由于光学测量受到其自身的限制，要得到一个物体完整的三维信息只能通过多角度和全方位的处理，因此对物体三维立体的重构只能分步骤进行。当获得同一物体不同角度的三维点云数据后，而这些不同角度重构数据所在的坐标系都各不相同，因此为获得物体三维立体的完整点云，需要对物体点云进行配准，即将重构的点云都统一到同一个坐标系下。因此可以使用一个辅助的旋转平台，将物体放置于该旋转平台上，通过精确控制旋转平台的角度，再利用此角度将各个重构点云的坐标都统一到同一个坐标系下，从而实现物体点云的配准，常规的基于旋转平台的点云配准通常是直接将旋转平台或待测物体的视图作为发起点，即从视图数据或视图延展数据出发来进行一系列的运算，以达到点云配准的目的，这种方法存在的缺点是选取的视图较为复杂，不便于本领域的技术人员实施，而且可能出现直接选取的视图范围过大，点云配准有较大误差的问题。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术的目的是提供一种基于具有标志点的旋转平台的点云配准方法，以标志点作为基础对象，选取的对象较为简单，便于本领域的技术人员实施，选取对象的范围小，通过对标志点的一系列处理，得到精确配准后的待测物体全貌点云，取得提高配准精度的效果。为了取得上述效果，本专利技术采用的技术方案是：一种基于具有标志点的旋转平台的点云配准方法，其特征在于，包括以下步骤：A、在旋转平台上贴上标志点，再将待测物体放置于旋转平台上；B、旋转该旋转平台一个角度；C、识别旋转平台上的标志点位置并计算出标志点的中心值坐标；D、根据中心值坐标计算出重叠的标志点点云；E、计算出重叠的标志点之间的旋转平移关系，根据所述旋转平移关系对重叠的标志点点云作坐标变换；F、对经坐标变换后的重叠的标志点点云进行配准，即可得到配准后的此旋转角度下的待测物体点云；G、重复步骤B-F两次及以上，即可得到配准后的待测物体全貌点云。进一步，步骤C中的识别旋转平台上的标志点位置并计算出标志点的中心值坐标，具体步骤包括：C1、利用投影仪和摄像机获得待测物体的原图像；C2、利用边缘检测算法处理待测物体的原图像，经处理后的原图像转化为具有线条轮廓的数字化的第一图像，所述第一图像内包含孔洞以及断裂的标志点，所述线条轮廓内形成连通域；C3、填充第一图像中的孔洞以及补全断裂的标志点；C4、滤除第一图像中由线条轮廓构成的连通域中不符合阈值要求的噪声点，以及滤除所占像素点比值不符合像素比阈值要求的具有标志点的区域，得到包含标志点区域的数字化的第二图像；C5、将第一图像的像素矩阵与第二图像的像素矩阵相乘，得到只含有标志点边缘信息的第三图像，即识别出旋转平台上的标志点位置；C6、利用基于最小二乘法的椭圆拟合算法对第三图像进行椭圆拟合，计算出标志点的中心值坐标。进一步，步骤D中的根据中心值坐标计算出重叠的标志点点云，具体步骤包括：D1、根据标志点的中心值坐标计算出旋转平台的旋转角度；D2、根据旋转角度计算出相邻标志点点云重叠区域的角度范围，在此角度范围之内的标志点即为重叠的标志点点云。进一步，步骤D1中根据标志点的中心值坐标计算出旋转平台的旋转角度，具体步骤包括：D11、根据标志点的中心值坐标对投影仪和摄像机进行标定，得到投影仪和摄像机的内参数矩阵以及外参数矩阵；D12、通过投影仪对第三图像的投影得到条纹图，再通过摄像机采集到变换角度后的条纹图，即变形条纹图；D13、利用相位测量轮廓术处理变形条纹图并对其进行相位展开以及滤除背景噪声，得到第四图像；D14、根据内参数矩阵、外参数矩阵和第四图像构出包含标志点的三维立体点云；D15、对三维立体点云内的标志点按从左到右的顺序进行排序，再以穿过旋转平台中心向外的轴线为基准将三维立体点云内的标志点分别分在左右两部分区域内；D16、计算左右两部分区域内的标志点与穿过旋转平台中心向外的轴线之间的角度值，即为旋转平台的旋转角度。进一步，步骤E中计算出重叠的标志点之间的旋转平移关系，根据所述旋转平移关系对重叠的标志点点云作坐标变换，具体步骤包括：E1、剔除相隔距离误差值不符合阈值要求的相邻标志点点云重叠区域内的标志点，得到第一重叠域；E2、利用SVD分解法计算出第一重叠域内标志点之间的旋转平移关系，即为重叠的标志点之间的旋转平移关系；E3、根据旋转平移关系对重叠的标志点点云作坐标变换。进一步，步骤F中，利用改进型ICP算法对变换后的重叠的标志点点云进行配准。本专利技术的有益效果是：一种基于具有标志点的旋转平台的点云配准方法，以旋转平台为载体，将物体放置于旋转平台上，以旋转平台上的标志点作为运算基础，通过各种算法精确计算出旋转平台的旋转角度，并且重复上述步骤多次，从而得到多个旋转角度的数据值，进一步利用这些角度将各个重构点云的坐标统一到同一个坐标系下，从而实现待测物体点云的配准。因此，本专利技术选取标志点作为运算基础能够使得点云配准方法操作更加简单实用，利于本领域的技术人员实施，同时运算范围更加精确，也就能够减少由运算范围带来的误差，从而提高配准精度，满足本领域技术人员的三维形貌测量需求。附图说明图1是本专利技术的点云配准方法的步骤流程图；图2是本专利技术中生成三维立体点云的流程示例图；具体实施内容下面结合附图给出本专利技术较佳实施例，以详细说明本专利技术的实施方案，参照图1，一种基于具有标志点的旋转平台的点云配准方法，其特征在于，包括以下步骤：A、在旋转平台上贴上标志点，再将待测物体放置于旋转平台上；B、旋转该旋转平台一个角度；C、识别旋转平台上的标志点位置并计算出标志点的中心值坐标；D、根据中心值坐标计算出重叠的标志点点云；E、计算出重叠的标志点之间的旋转平移关系，根据所述旋转平移关系对重叠的标志点点云作坐标变换；F、对经坐标变换后的重叠的标志点点云进行配准，即可得到配准后的此旋转角度下的待测物体点云；G、重复步骤B-F两次及以上，即可得到配准后的待测物体全貌点云。具体地，以旋转平台为载体，将物体放置于旋转平台上，以旋转平台上的标志点作为运算基础，通过各种算法精确计算出旋转平台的旋转角度，并且重复上述步骤多次，从而得到多个旋转角度的数据值，进一步利用这些角度将各个重构点云的坐标统一到同一个坐标系下，从而实现待测物体点云的配准。因此，本专利技术选取标志点作为运算基础能够使得点云配准方法操作更加简单实用，利于本领域的技术人员实施，同时运算范围更加精确，也就能够减少由运算范围带来的误差，从而提高配准精度，满足本领域技术人员的三维形貌测量需求。其中，步骤C中的识别旋转平台上的标志点位置并计算出标志点的中心值坐标，具体步骤包括：C1、利用投影仪和摄像机获得待测物体的原图像；C2、利用边缘检测算法处理待测物体的原图像，经处理后的原图像转化为具有线条轮廓的数字化的第一图像，所述第一图像内包含孔洞以及断裂的标志点，所述线条轮廓内形成连通域；C3、填充第一图像中的孔洞以本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于具有标志点的旋转平台的点云配准方法，其特征在于，包括以下步骤：A、在旋转平台上贴上标志点，再将待测物体放置于旋转平台上；B、旋转该旋转平台一个角度；C、识别旋转平台上的标志点位置并计算出标志点的中心值坐标；D、根据中心值坐标计算出重叠的标志点点云；E、计算出重叠的标志点之间的旋转平移关系，根据所述旋转平移关系对重叠的标志点点云作坐标变换；F、对经坐标变换后的重叠的标志点点云进行配准，即可得到配准后的此旋转角度下的待测物体点云；G、重复步骤B‑F两次及以上，即可得到配准后的待测物体全貌点云。

【技术特征摘要】
1.一种基于具有标志点的旋转平台的点云配准方法，其特征在于，包括以下步骤：A、在旋转平台上贴上标志点，再将待测物体放置于旋转平台上；B、旋转该旋转平台一个角度；C、识别旋转平台上的标志点位置并计算出标志点的中心值坐标；D、根据中心值坐标计算出重叠的标志点点云；E、计算出重叠的标志点之间的旋转平移关系，根据所述旋转平移关系对重叠的标志点点云作坐标变换；F、对经坐标变换后的重叠的标志点点云进行配准，即可得到配准后的此旋转角度下的待测物体点云；G、重复步骤B-F两次及以上，即可得到配准后的待测物体全貌点云。2.根据权利要求1所述的一种基于具有标志点的旋转平台的点云配准方法，其特征在于，所述步骤C中的识别旋转平台上的标志点位置并计算出标志点的中心值坐标，具体步骤包括：C1、利用投影仪和摄像机获得待测物体的原图像；C2、利用边缘检测算法处理待测物体的原图像，经处理后的原图像转化为具有线条轮廓的数字化的第一图像，所述第一图像内包含孔洞以及断裂的标志点，所述线条轮廓内形成连通域；C3、填充第一图像中的孔洞以及补全断裂的标志点；C4、滤除第一图像中由线条轮廓构成的连通域中不符合阈值要求的噪声点，以及滤除所占像素点比值不符合像素比阈值要求的具有标志点的区域，得到包含标志点区域的数字化的第二图像；C5、将第一图像的像素矩阵与第二图像的像素矩阵相乘，得到只含有标志点边缘信息的第三图像，即识别出旋转平台上的标志点位置；C6、利用基于最小二乘法的椭圆拟合算法对第三图像进行椭圆拟合，计算出标志点的中心值坐标。3.根据权利要求2所述的一种基于具有标志点的旋转平台的点云配准方法，其特征在于，所述步骤D中的根据中心值坐标计算出重叠的标志点点云，具体步骤包括：D1、根据标志点的中心值坐标计算出...

【专利技术属性】
技术研发人员：龙佳乐，张建民，陈富健，
申请(专利权)人：五邑大学，
类型：发明
国别省市：广东,44