【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及三维点云数据处理，具体涉及一种用于地面点云配准的局部形状描述符计算方法。
技术介绍
1、随着三维激光扫描技术的发展，点云数据已经变的越来越普遍，成为了许多实际应用的数据来源，包括城市场景重构、古文物保护、变形监测等。在这些应用中，点云配准是点云数据使用的第一步，因此点云配准起到了重要的作用。
2、基于局部形状描述符的配准方法已经受到广泛关注，局部形状描述符起到了重要的作用。目前已有大量的局部形状描述符被提出，大致分为两类：基于局部参考轴的描述符和基于局部参考框架的描述符。基于局部参考轴的描述符有si、fpfh和hoppf等，这些描述符忽略了空间信息，因此一般有较低的描述性。基于局部参考框架的描述符同时考了几何信息和空间信息，因此有较好的描述性，这类描述符有rops、toldi、lovs、mvd等。然而目前描述符计算的局部参考框架仍然有较大的误差，限制了描述符的效果。并且rops和toldi描述符将局部点云投影到2d平面上，编码局部表面信息，这会导致信息的损失。现有的描述符仍然不能满足实际应用的需求，在恶劣的情况下，不能建立足够多的正确配对，导致配准精度低。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提供一种用于地面点云配准的局部形状描述符计算方法，首先利用关键点的法向量和竖直向量计算局部参考框架，然后利用体素中心编码局部表面信息，得到局部形状描述符lvc(local voxel center)，从而在提取两个待配准点云的关键点后，通过计算这
2、为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
3、一种用于地面点云配准的局部形状描述符计算方法，包括以下步骤：
4、步骤s1、提取关键点周围的局部点云，即领域半径范围的领域点，在局部点云上计算局部参考框架；
5、步骤s2、将局部点云转换到局部参考框架内，对局部点云体素化，根据体素中心计算体素的体素值；将计算出的体素值进行串联，得到用于点云配准的局部形状描述符。
6、具体的，步骤s1中所述在局部点云上计算局部参考框架，过程如下：
7、首先，由于地面点云是由地面激光扫描仪得到，地面激光扫描仪在作业时是整平的，即扫描的点云是竖直的，点云坐标系的z轴与竖直方向平行，因此可以得到一个竖直向量：
8、v0＝[001] (1)
9、然后根据到关键点距离小于1/3r的邻域点计算法向量，其中r表示邻域半径，通常设置为15pr，pr表示点云分辨率；
10、根据邻域点构建协方差矩阵
11、
12、式中，qi表示邻域点，表示邻域点的平均值；
13、对协方差矩阵实施特征值分解，得到三个特征值和三个对应的特征向量，最小特征值对应的特征向量即为法向量n；
14、为了消除z轴的歧义，采用下式确定z轴
15、
16、式中，p表示关键点，式(3)采用邻域范围内的全部邻域点计算；
17、根据z轴和竖直向量的叉积，并且标准化，计算y轴
18、y(p)＝cross(z(p),v0) (4)
19、y(p)＝y(p)/||y(p)|| (5)
20、式中，||·||表示l2范数；x轴由y轴和z轴的叉积得到；
21、最后，所得局部参考框架为：
22、
23、具体的，步骤s2中所述根据体素中心计算体素的体素值，方法如下：
24、首先从点云中提取一定数量的关键点，根据所计算出的局部参考框架，将局部邻域点转换到局部参考框架内；
25、然后对局部点云体素化，将局部邻域划分为w×w×w个体素，在局部参考框架内，体素的坐标为
26、vcijk＝(-r+(i-0.5)l -r+(j-0.5)l -r+(k-0.5)l) (7)
27、式中，i,j,k的值在1到w，l＝2r/w表示体素的边长；
28、关键点在局部参考框架内的坐标为(0 0 0)，因此一个体素的体素中心到关键点的距离为：
29、dijk＝||vcijk|| (8)
30、距离除以r，使特征值的大小在0到1之间，特征值计算为
31、f(vijk)＝dijk/r (9)
32、如果一个体素是空的，则它的体素值为0；如果一个体素包含邻域点，则按式(9)计算其体素值。
33、与现有技术相比本专利技术的有益效果：
34、1、本专利技术提出了一个新的局部参考框架构建方法，现有的局部参考框架根据全部邻域点确定y轴，而本专利技术提出的方法根据法向量和竖直方向确定y轴，因为竖直方向是没有误差，所以计算的局部参考框架更为准确，具有高的重复性。
35、2、本专利技术方法提出利用体素中心计算特征值，现有的方法利用体素中邻域点的中心计算特征值，因为邻域点存在误差，所以计算的特征值也受到误差的影响，而体素中心则不存在这一问题，因此利用体素中心计算的特征值，能够更好地编码局部表面信息。
36、3、实验分析表明，本专利技术提出的局部参考框架可以提高描述符的匹配效果，提出的局部形状描述符有非常好的匹配效果，能够建立更多正确的配对。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种用于地面点云配准的局部形状描述符计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述一种用于地面点云配准的局部形状描述符计算方法，其特征在于，步骤S1中所述在局部点云上计算局部参考框架，具体过程如下：
3.根据权利要求1所述一种用于地面点云配准的局部形状描述符计算方法，其特征在于，步骤S2中所述根据体素中心计算体素的体素值，具体方法如下：
【技术特征摘要】
1.一种用于地面点云配准的局部形状描述符计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述一种用于地面点云配准的局部形状描述符计算方法，其特征在于，步骤s1中所述在局部...
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。