一种基于平面的点云配准及精度评估方法技术

本发明专利技术涉及计算机视觉、点云配准，更具体地，涉及一种基于平面的点云配准及精度评估方法。主旨在于利用点云中包含的平面来实现点云的配准和精度的评估，提高点对配对的准确性，减小噪声和点云密度的干扰，降低点云配准精度评估的计算时间复杂度。主要方案包括步骤1、分别对源点云P和目标点云Q取出两者的重心位置记为G

【技术实现步骤摘要】
一种基于平面的点云配准及精度评估方法


[0001]本专利技术涉及计算机视觉、点云配准，更具体地，涉及一种基于平面的点云配准及精度评估方法。
技术背景
[0002]随着三维传感技术如LiDAR等高精度传感器的快速发展，物体的三维数据越来越容易获取且应用广泛。其中，点云作为一种常见的三维数据模型，具有非常好的空间表达能力，不仅能够保留原始三维空间的几何结构，而且能够准确地刻画物体表面特征以及其他深度信息，比如坐标、向量等。因此点云的研究前景巨大，在自动驾驶、三维重建、汽车焊装、矿区沉陷、建筑改造等方面具有广泛运用价值。目前常见的三维扫描仪分为以下几种：
[0003]激光扫描仪：激光三维扫描仪是利用激光测距的原理，通过记录被测物体表面大量密集的点的三维坐标、反射率和纹理等信息，快速复建出被测目标的三维模型及线、面、体等各种图件数据的仪器。主要应用于逆向工程，负责曲面抄数、工件三维测量，针对现有三维实物(样品或模型)在没有技术文档的情况下，可快速测得物体的轮廓集合数据，并加以建构、编辑，修改生成通用输出格式的曲面数字化模型。
[0004本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于平面的点云配准及精度评估方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、分别对源点云P和目标点云Q取出两者的重心位置记为G
P
，G
Q
，然后使用RANSAC算法提取平面点云，确定源点云和目标点云的若干匹配平面对；步骤2、将匹配平面对上的点进行配对，完成匹配平面m和平面n内点的精配对；步骤3、计算两片点云中已完成精配对的点对的平均移动向量，计算加权平均位移向量的模作为评估精度。2.根据权利要求1所述的一种基于平面的点云配准及精度评估方法，其特征在于，步骤1包括以下步骤：步骤1.1、分别对源点云P和目标点云Q进行预处理，采用均匀采样的方式使点云中的点在空间中的分布相对均匀，提取出两者的重心位置记为G
P
，G
Q
；步骤1.2、在源点云P中使用RANSAC算法提取平面点云，搜索出含有点数量最多的前i个平面，并纳入平面集合V，其中i的值由用户设定4≤i≤20；步骤1.3、在目标点云Q中使用RANSAC算法提取若干平面，寻找与平面集合V中的平面相匹配的点云平面，得到匹配平面对{m
i
,n
i
}。3.根据权利要求2所述的一种基于平面的点云配准及精度评估方法，其特征在于，步骤1.3具体包括以下步骤：1.3.1、判断平面集合V是否为空，如果是，流程终止；1.3.2、从平面集合V中选出点数最多的平面点云记为平面m，计算平面m的面积S，计算源点云重心G
p
到平面m的距离l；1.3.3、在目标点云Q中寻找平面m的匹配平面；1.3.4将平面m从平面集合V中删除，若找到匹配平面，则将匹配平面n包含的点从目标点云Q中删除，得到匹配平面对m和n，返回流程1.3.1。4.根据权利要求3所述的一种基于平面的点云配准及精度评估方法，其特征在于，步骤1.3.3具体包括以下步骤：1.3.3.1、从目标点云Q中提取含有点的数量最多的前j个平面，计算出前j个平面中的每个平面的面积S
j
，判断每个平面的面积S
j
与平面m的面积S的差异，若满足|S
j
‑
S|<η，则表示该平面的面积S
j
与m的面积S接近，则将平面记入待定平面集H1,j＝3，η＝0.05*S，若遍历j个平面后待定平面集H1不为空则进入流程1.3.3.2，否则可调整η的值扩大范围搜索匹配平面：当η小于0.12*S时取η＝η+0.01*S，重新判定j个平面的面积是否满足|S
j
‑
S|<η，满足条件的平面加入待定平面集H1；如果直至η大于等于0.12*S，待定平面集H1依然为空，则判定此时目标点云Q中不存在与平面m匹配的平面，从V中删除m平面并跳转至流程1.3.1；1.3.3.2、计算待定平面集H1的每个待定平面到目标点云的重心G
Q
的距离并记为l
j
，判断待定平面集H1的每个待定平面到目标点云的重心G
Q
的距离与距离l的差异，若满足|l
j
‑
l|<ε，则表示该平面到目标点云的重心G
Q
的距离与平面m到源点云重心G
p
的距离接近，将平面记入待定平面集H2，ε＝0.05*l，若遍历待定平面集H1中所有平面后待定平面集H2不为空则进入流程1.3.3.3，若为空则可调整ε的值扩大范围搜索匹配面：当ε小于0.20*l时取ε＝ε+0.05l，重新判定待定平面集H1中平面到目标点云的重心G
Q
的距离与距离l的关系，满足条件的平面加入待定平面集H2；如果直至ε大于等于0.20*l，待定平面集H2依然为空，则判定此时
目标点云中不存在与m匹配的平面，从V中删除m平面并跳转至流程1.3.1；1.3.3.3、匹配平面的最终确定，存在以下两种可能性：i.若此时待定平面集H2中只有一个平面，则直接记该平面为匹配平面n，它与平面m是匹配平面；ii.若此时待定平面集H2中平面个数大于1，说明目标点云中有多个平面与平面m具有较为接近的面积S以及距离l，需从中确定一个平面作为匹配面，具体方法为：均匀地在平面m上选取若干点，搜索待定平面集H2中每个待定平面上与平面m上选取的若干点的匹配点，计算平面m与待定平面集H2中每个平面上所有匹配点的平均欧氏距离k，选择k最小的待定平面作为平面m的匹配平面n。5.根据权利要求1所述的一种基于平面的点云配准及精度评估方法，其特征在于，步骤2包括以下步骤：步骤2.1、对两个匹配的平面m和平面n进行降采样得到稀疏点云，对平面m中的稀疏点云与平面n中的稀疏点云使用搜索最近距离...

【专利技术属性】
技术研发人员：余思佳，胡任杰，黄世昌，程文青，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：