一種icp算法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于計(jì)算機(jī)算法領(lǐng)域，更具體地說，本發(fā)明涉及一種ICP算法。
【背景技術(shù)】
[0002]迭代就近點(diǎn)法ICP就近點(diǎn)法經(jīng)過十幾年的發(fā)展，不斷地得到了完善和補(bǔ)充。Chen和Med1ni及Bergevin等人提出了 point-to-plane搜索就近點(diǎn)的精確配準(zhǔn)方法。Rusinkiewicz和Levoy提出了 point-to-p roject1n搜索就近點(diǎn)的快速配準(zhǔn)方法。Soon-Yong 和 Murali 提出了 Contractive-pro ject1n-point 搜索就近點(diǎn)的配準(zhǔn)方法。此夕卜，Andrew和Sing提取了基于彩色三維掃描數(shù)據(jù)點(diǎn)紋理信息的數(shù)據(jù)配準(zhǔn)方法，主要在ICP算法中考慮三維掃描點(diǎn)的紋理色彩信息進(jìn)行搜索就近點(diǎn)。Natasha等人分析了 ICP算法中的點(diǎn)云數(shù)據(jù)配準(zhǔn)質(zhì)量問題，三維空間R3存在兩組含有η個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)的點(diǎn)集，分別為:PL和PR。三維空間點(diǎn)集PL中各點(diǎn)經(jīng)過三維空間變換后與點(diǎn)集PR中點(diǎn)一一對應(yīng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所要解決的問題是提供一種基于切面距離變換最小化的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，且速度快魯棒性強(qiáng)的ICP算法。
[0004]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為:
一種圖1CP算法，包括如下步驟:
(I)根據(jù)點(diǎn)集Plk中的點(diǎn)坐標(biāo),在曲面S上搜索相應(yīng)最近點(diǎn)點(diǎn)集Prk ；
(2)計(jì)算兩個(gè)點(diǎn)集的重心位置坐標(biāo)；
(3)由新的點(diǎn)集計(jì)算正定矩陣N，并計(jì)算N的最大特征向量；
(4)由于最大特征向量等價(jià)于殘差平方和最小時(shí)的旋轉(zhuǎn)四元數(shù)，將四元數(shù)轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)矩陣R ;
(5)在旋轉(zhuǎn)矩陣R被確定后，由平移向量t僅僅是兩個(gè)點(diǎn)集的重心差異；
(6)根據(jù)式Pe={Prl, Pr2, Pr3......，Prm ；Pri e R}，由點(diǎn)集Plk計(jì)算旋轉(zhuǎn)后的點(diǎn)集
P’ lk。通過Plk與P’ Ik計(jì)算距離平方和值為fk+1 ；
(7)當(dāng)時(shí)，ICP配準(zhǔn)算法就停止迭代，否則重復(fù)I至6步，直到滿足條件后停止迭代。
[0005]優(yōu)選的，所述步驟(I)中曲面S上搜索最近點(diǎn)的方法為Point to Point。
[0006]優(yōu)選的，所述步驟(2)中增加進(jìn)行點(diǎn)集中心化生成新的點(diǎn)集。
[0007]優(yōu)選的，所述步驟(3)中增加計(jì)算正定矩陣N的最大特征值。
[0008]優(yōu)選的，所述步驟5)中確定兩點(diǎn)集重心差異大方法為可以通過兩個(gè)坐標(biāo)系中的重心點(diǎn)和旋轉(zhuǎn)矩陣確定。
[0009]優(yōu)選的，所述(6)中以連續(xù)兩次距離平方和之差絕對值作為迭代判斷數(shù)值。
[0010]本發(fā)明提供了一種ICP算法，提出了對準(zhǔn)點(diǎn)集合的一種新方法。該方法采用對準(zhǔn)誤差通過非線性最優(yōu)化算法直接最小化，在速度上可與ICP算法相匹敵，ICP算法是專門用于對準(zhǔn)工作的特殊用途的算法。因?yàn)槌绦蛑苯幼钚』粋€(gè)能量函數(shù)，所以很容易通過Hunber核，把它擴(kuò)充到合并的魯棒性估計(jì)中，產(chǎn)生的收斂區(qū)間比現(xiàn)存方法的收斂區(qū)間寬很多倍。最后介紹一種基于切面距離變換最小化的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，這種變換產(chǎn)生的算法比以前描述的方法速度快而且魯棒性強(qiáng)。
【具體實(shí)施方式】
[0011]一種圖像匹配的ICP算法，包括如下步驟:
(I)根據(jù)點(diǎn)集Plk中的點(diǎn)坐標(biāo),在曲面S上搜索相應(yīng)最近點(diǎn)點(diǎn)集Prk,曲面S上搜索最近點(diǎn)的方法為Point to Point ；
(2)計(jì)算兩個(gè)點(diǎn)集的重心位置坐標(biāo)，進(jìn)行點(diǎn)集中心化生成新的點(diǎn)集；
(3)由新的點(diǎn)集計(jì)算正定矩陣N，并計(jì)算N的最大特征向量和最大特征值；
(4)由于最大特征向量等價(jià)于殘差平方和最小時(shí)的旋轉(zhuǎn)四元數(shù)，將四元數(shù)轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)矩陣R ;
(5)在旋轉(zhuǎn)矩陣R被確定后，由平移向量t僅僅是兩個(gè)點(diǎn)集的重心差異，可以通過兩個(gè)坐標(biāo)系中的重心點(diǎn)和旋轉(zhuǎn)矩陣確定；
(6)根據(jù)式Pe={Prl, Pr2, Pr3......，Prm ；Pri e R}，由點(diǎn)集Plk計(jì)算旋轉(zhuǎn)后的點(diǎn)集P’ lk。通過Plk與P’ Ik計(jì)算距離平方和值為fk+Ι，以連續(xù)兩次距離平方和之差絕對值作為迭代判斷數(shù)值；
(7)當(dāng)時(shí)，ICP配準(zhǔn)算法就停止迭代，否則重復(fù)I至6步，直到滿足條件后停止迭代； 本發(fā)明提供了一種ICP算法，提出了對準(zhǔn)點(diǎn)集合的一種新方法。該方法采用對準(zhǔn)誤差通過非線性最優(yōu)化算法直接最小化，在速度上可與ICP算法相匹敵，ICP算法是專門用于對準(zhǔn)工作的特殊用途的算法。因?yàn)槌绦蛑苯幼钚』粋€(gè)能量函數(shù)，所以很容易通過Hunber核，把它擴(kuò)充到合并的魯棒性估計(jì)中，產(chǎn)生的收斂區(qū)間比現(xiàn)存方法的收斂區(qū)間寬很多倍。最后介紹一種基于切面距離變換最小化的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，這種變換產(chǎn)生的算法比以前描述的方法速度快而且魯棒性強(qiáng)。
[0012]以上所述僅為本發(fā)明的實(shí)施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運(yùn)用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種ICP算法，其特征在于，包括如下步驟: (I)根據(jù)點(diǎn)集Plk中的點(diǎn)坐標(biāo),在曲面S上搜索相應(yīng)最近點(diǎn)點(diǎn)集Prk ； (2)計(jì)算兩個(gè)點(diǎn)集的重心位置坐標(biāo)； (3)由新的點(diǎn)集計(jì)算正定矩陣N，并計(jì)算N的最大特征向量； (4)由于最大特征向量等價(jià)于殘差平方和最小時(shí)的旋轉(zhuǎn)四元數(shù)，將四元數(shù)轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)矩陣R ; (5)在旋轉(zhuǎn)矩陣R被確定后，由平移向量t僅僅是兩個(gè)點(diǎn)集的重心差異；(6)根據(jù)式Pe={Prl, Pr2, Pr3......，Prm ；Pri e R}，由點(diǎn)集Plk計(jì)算旋轉(zhuǎn)后的點(diǎn)集P，Ik ； 通過Plk與P’ Ik計(jì)算距離平方和值為fk+1 ； (7)當(dāng)時(shí)，ICP配準(zhǔn)算法就停止迭代，否則重復(fù)I至6步，直到滿足條件后停止迭代。
2.如權(quán)利要求1所述的ICP算法，其特征在于:所述步驟(I)中曲面S上搜索最近點(diǎn)的方法為 Point to Point。
3.如權(quán)利要求1所述的ICP算法，其特征在于:所述步驟(2)中增加進(jìn)行點(diǎn)集中心化生成新的點(diǎn)集。
4.如權(quán)利要求1所述的ICP算法，其特征在于:所述步驟(3)中增加計(jì)算正定矩陣N的最大特征值。
5.如權(quán)利要求1所述的ICP算法，其特征在于:所述步驟(5)中確定兩點(diǎn)集重心差異大方法為可以通過兩個(gè)坐標(biāo)系中的重心點(diǎn)和旋轉(zhuǎn)矩陣確定。
6.如權(quán)利要求5所述的ICP算法，其特征在:所述步驟(6)中以連續(xù)兩次距離平方和之差絕對值作為迭代判斷數(shù)值。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種ICP算法，提出了對準(zhǔn)點(diǎn)集合的一種新方法。該方法采用對準(zhǔn)誤差通過非線性最優(yōu)化算法直接最小化,在速度上可與ICP算法相匹敵,ICP算法是專門用于對準(zhǔn)工作的特殊用途的算法。因?yàn)槌绦蛑苯幼钚』粋€(gè)能量函數(shù),所以很容易通過Hunber核,把它擴(kuò)充到合并的魯棒性估計(jì)中,產(chǎn)生的收斂區(qū)間比現(xiàn)存方法的收斂區(qū)間寬很多倍。最后介紹一種基于切面距離變換最小化的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),這種變換產(chǎn)生的算法比以前描述的方法速度快而且魯棒性強(qiáng)。
【IPC分類】G06T7-00
【公開號】CN104680530
【申請?zhí)枴緾N201510091075
【發(fā)明人】穆振東
【申請人】江西科技學(xué)院
【公開日】2015年6月3日
【申請日】2015年3月1日