基于檢測特征的點云模型與cad模型的配準方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于檢測特征的點云模型與CAD模型的配準方法。該配準方法包括：從點云模型中選取高斯曲率突變點構成初始配準控制點集，求取CAD模型上的對應的匹配點集；根據約束條件從兩個點集中找出三對匹配點對；根據匹配點對求出初始平移矩陣和初始旋轉矩陣；將CAD模型分割為標準圖形，并根據標準圖形的檢測特征布點規(guī)則CAD模型中采點構成檢測特征點集；利用初始旋轉矩陣和初始平移矩陣作用于點云模型的所有點，以構成變換后點云點集；針對變換后點云點集和檢測特征點集，采用ICP算法尋找精確配準的旋轉矩陣和平移矩陣。本發(fā)明的配準方法，能夠兼顧配準速度和配準精度，并有助于提高精確配準的魯棒性。
【專利說明】
基于檢測特征的點云模型與CAD模型的配準方法
技術領域
[0001] 本發(fā)明零件數字化檢測技術領域，尤其設及一種基于檢測特征的點云模型與CAD 模型的配準方法。
【背景技術】
[0002] 近年來，隨著=坐標測量機、激光掃描儀、CT測量儀等數字化檢測設備在工業(yè)領域 的廣泛應用，數字化檢測技術在大型、復雜零件的尺寸測量和制造精度保證方面發(fā)揮著至 關重要的作用。例如在飛機蒙皮外形檢測、箭體制造精度檢測、船艙維修檢測等領域中，數 字化檢測都發(fā)揮著重要作用。
[0003] 通常，數字化檢測設備獲得的點云模型，其本身的測量精度一般能夠滿足實際測 量需求，然而由于點云模型與CAD模型不在同一空間坐標系，運會對后續(xù)的尺寸偏差分析造 成影響，甚至可能導致零件合格性的誤判，使得數字化測量設備的測量精度失去意義。因 此，為提高零件制造精度和合格率，實現點云模型與CAD模型的配準就成為數字化檢測技術 應用的一個關鍵。
[0004] 目前關于點云模型與CAD模型的配準主要有基于點集迭代的配準方法和基于幾何 特征的配準方法。其中，基于點集迭代的配準方法不考慮檢測零件的幾何特征，直接利用測 量所得的點云集合尋找CAD模型上的對應點并通過對應點對的反復迭代實現點云模型與 CAD模型的配準，其中最具代表性的是迭代最近點算法（Iterative Closest化int，簡稱 ICP算法）。此類算法的時間復雜度隨點云數目和迭代次數的增加而顯著增大，因此配準效 率較低。此外，運類算法的配準控制點集為點云模型的子集，配準準確性嚴重依賴于點云模 型，當初始的相對位置偏差較大時，容易出現誤匹配，從而導致算法失效，無法實現配準。
[0005] 基于幾何特征的配準方法通過對點云數據中可W反映局部幾何特征的點集進行 采樣分析，再將所采樣的點集作為配準控制點，從而減少配準點集的數量，因而計算速度 快。但由于復雜的點云模型的幾何特征識別難度極大，而且不同零件的點云模型一致性差， 因此運種配準方法會丟失反映零件制造質量的關鍵特征，造成配準結果的準確性不高、不 穩(wěn)定，實用性不強。
[0006] 鑒于上述分析，現有的配準方法未能充分利用CAD模型蘊含的更能反映零件關鍵 特征的檢測特征(例如可作為檢測標準的幾何特征），并且受限于實際測量獲得的通常極大 的點云數據量，現有的配準方法在配準精度和配準速度方面存在明顯不足，因而亟需一種 更好的配準方法。

【發(fā)明內容】

[0007] 本發(fā)明要解決的技術問題是為了克服現有技術中的配準方法計算量過大、配準效 率低下、配準的準確性不夠高、不夠穩(wěn)定的缺陷，提出一種基于檢測特征的點云模型與CAD 模型的配準方法。
[000引本發(fā)明是通過下述技術方案來解決上述技術問題的：
[0009] 本發(fā)明提供了一種基于檢測特征的點云模型與CAD模型的配準方法，其特點在于， 包括W下步驟：
[0010] 步驟一、從點云模型的所有點中選取高斯曲率突變點；
[0011] 步驟二、W選取的高斯曲率突變點的點云數據構成初始配準控制點集，采用ICP算 法求得CAD模型上與該初始配準控制點集對應的匹配點集；
[0012] 步驟=、根據預設的約束條件，從該初始配準控制點集及該匹配點集中找出至少 =對匹配點對，每對匹配點對包括一初始配準控制點和一匹配點，約束條件包括每對匹配 點對的與重屯、的間距的差值的絕對值小于預設的重屯、間距闊值，每對匹配點對的點法矢的 點乘結果小于預設的點乘乘積闊值，W及該至少=對匹配點對不共面；
[0013] 步驟四、根據該至少=對匹配點對求出初始平移矩陣和初始旋轉矩陣，該初始平 移矩陣作用于該至少=個初始配準控制點的重屯、得到該至少=個匹配點的重屯、，該初始旋 轉矩陣作用于初始配準控制點所得到的點與相匹配的匹配點為同方向的矢量；
[0014] 步驟五、將CAD模型分割為標準圖形，標準圖形包括線段、平面、圓、球、圓柱、圓錐、 自由曲面中的多個；
[001引步驟六、根據各個標準圖形的檢測特征布點規(guī)則，從步驟五分割的CAD模型中采 點，并W采得的點構成檢測特征點集；
[0016]步驟屯、利用該初始旋轉矩陣和該初始平移矩陣作用于點云模型的所有點，W構 成變換后點云點集；
[0017]步驟八、針對變換后點云點集和檢測特征點集，采用ICP算法尋找滿足預設的終止 條件的變換后點云點集和檢測特征點集之間的精確配準的旋轉矩陣和平移矩陣。
[001引較佳地，步驟八包括：
[0019] 設置精確配準的旋轉矩陣3叫日平移矩陣1'^勺初始值1?<>和1'<^分別為單位矩陣和0矩 陣，設置迭代計數器k的初始值為1，并執(zhí)行W下迭代過程：
[0020] 尋找變換后點云點集{S'}中與檢測特征點集{Q}最近的點集，得到精確匹配點對 集precise_match = Kgi，g' i) I giG {Q}，g' iG {S' }，i = l，2, . . .，m}，其中precise_match為 精確匹配點對集，（gi，gi'）表示精確匹配點對集中的點對，m為精確匹配點對集中的點對數 量；
[0021] 利用公
計算精確匹配點對集中分別包含于變換后點
云點集{S'巧日檢測特征點集{Q}的兩個點集的重屯、巧化'，利用公式ei = g廣y和e/i = gVy' 對該兩個點集作相對于各自的重屯、的重合平移，其中ei及ei'分別為點gi及gi'平移后的結 果；
[0022] 開算變換后點云點集{S'}和檢測特征點集{Q}平移后的 相關矩P
[0023] 由相關矩陣H中的各個元素構造四維對稱矩陣
[0024]
[0025] 根據構造的四維對稱矩陣計算得到旋轉矩陣Rk和平移矩陣Tk，其中，通過求解四維 對稱矩陣H' 4X4的特征值和特奸向音?俱至|1罵十賠奸庶對庶6々賠奸向音兩倫錠師輸A二
[0026] 根據公式j
算
[01，02，03，目4]了，然后根據公3 計 算得到旋轉矩陣Rk,根據公式Tk = W'-RV得到平移矩陣Tk; 本次和前一次迭代的變換后點云點集與檢測特征點集的匹配誤差量化ror，公式中Si和qi為 變換后點云點集和檢測特征點集中的對應點，然后判斷匹配誤差量是否小于預設的誤差量 闊值，若是則終止迭代過程并將本次迭代求得的精確配準的旋轉矩陣Rk和平移矩陣Tk作為 迭代結果，若否則令迭代計數器加1，并再次執(zhí)行上述迭代過程。
[0027] 較佳地，步驟一包括：
[002引計算點云模型的所有點的高斯曲率；
[0029] 計算所有點的高斯曲率的平均值，并篩選得到高斯曲率不小于該平均值的點作為 高斯曲率突變點。
[0030] 較佳地，步驟=包括：
[0031] 計算該初始配準控制點集及該匹配點集的重屯、，并計算該初始配準控制點集中點 W及該匹配點集中點與各自所屬點集的重屯、的間距；
[0032] 運用最小二乘擬合曲面的方法，計算該初始配準控制點集中點W及該匹配點集中 點各自的點法矢；
[0033] 找出=對滿足該約束條件的點對作為匹配點對。
[0034] 較佳地，檢測特征布點規(guī)則包括W下的一項或多項：
[0035] 針對線段的檢測特征布點規(guī)則為，將線段分為多個等長的子線段，并在相互間隔 等數量的子線段的子線段內分別采一個點；
[0036] 針對平面的檢測特征布點規(guī)則為，在平面的最大矩形包絡中取近似均布的多個 點' ；
[0037] 針對圓的檢測特征布點規(guī)則為，將圓等分多段等長的圓弧，并在每段圓弧取一個 點' ；
[0038] 針對自由曲面的檢測特征布點規(guī)則為，將自由曲面剖分為多個=角片，取每個= 角片的重屯、所在點；
[0039] 針對球的檢測特征布點規(guī)則為，對于半徑為r的球由相距距離為b的平面所截形成 的球面，若采點數共計為L個，則采點均勻分布在數量為1。個的平行且等距的球截面圓周 上，其中根據公;
計算等距間隔的球截面數量1。，根據公式
計算 球截面圓周上的采點數Ip,其中數量為Ip的點在球截面圓周上均布；
[0040] 針對圓柱的檢測特征布點規(guī)則為，對于高為h、半徑為r的圓柱，若采點數共計為L 個，則采點均勻分布在1。個平行且等距的圓柱橫截面圓周上，其中根據公式
計算等距間隔的橫截面數量1。，根據公式
h算每個橫截面圓周上的采點數Ip,其 中數量為Ip的點在橫截面圓周上均布。
[0041] 針對圓錐的檢測特征布點規(guī)則為，對于高為h、母線長為d、兩端半徑為ri、n且n> ri的圓錐，若采點數共計為L個，則采點均勻分布在1。個平行且等距的圓錐橫截面圓周上，其
十算等距間隔的圓錐橫截面數量1。，根據公 錐橫截面圓周上的采點數Ip,其中數量為Ip 的點在圓錐橫截面圓周上均布。
[0042] 較佳地，該配準方法還包括：
[0043] 步驟九、將步驟八求得的精確配準的旋轉矩陣和平移矩陣作用于點云模型，W產 生配準結果。
[0044] 在符合本領域常識的基礎上，上述各優(yōu)選條件，可任意組合，即得本發(fā)明各較佳實 例。
[0045] 本發(fā)明的積極進步效果在于：
[0046] 本發(fā)明的基于檢測特征的點云模型與CAD模型的配準方法，通過在初始配準階段 W簡化的點云數據為配準控制點集，減少了計算量，并利用距離和法矢約束減少初始配準 的空間偏差，同時利用了 CAD模型上的相對穩(wěn)定的檢測特征點為引導實現點云模型與CAD模 型的精確配準，在減少配準計算量的同時也更好地體現了零件檢測過程需要關注的幾何特 征，因而有助于提高精確配準的魯棒性和檢測結果的準確性，兼顧了配準速度和配準精度。
【附圖說明】
[0047] 圖1為本發(fā)明一較佳實施例的基于檢測特征的點云模型與CAD模型的配準方法的 流程圖。
【具體實施方式】
[0048] 下面結合附圖給出本發(fā)明較佳實施例，W詳細說明本發(fā)明的技術方案，但并不因 此將本發(fā)明限制在所述的實施例范圍之中。
[0049] 在本發(fā)明中，設及計算及相關公式的部分中出現的對于點、重屯、、法矢等的表示， 應理解為矢量表示，設及點、重屯、、法矢等的計算應理解為針對矢量進行的計算，除非另有 明確的說明或是顯而易見的是設及標量或是針對標量的計算。
[0050] 參考圖1所示，本發(fā)明一較佳實施例的基于檢測特征的點云模型與CAD模型的配準 方法，其中設及的點云模型可W是針對任何零部件、產品或裝置進行測量而得到的點云模 型，其中設及的還包括例如零件設計的CAD模型。W下對本較佳實施例的配準方法進行示例 性地說明。
[0051] 首先，根據高斯曲率對點云模型所包含的數據進行篩選，從點云模型的所有點中 選取高斯曲率突變點。例如，可采用如下步驟篩選點集點云模型中的高斯曲率突變點，在點 云模型的點集或者說是數據集間中，計算每個點Si的高斯曲率KSi,其中1 = {1，2，。^，賦1 點集{S}所包含的點的總數量。若
則點Si保留，否則刪除。采用與上述步驟類 似的任何選取點集{S}中具有相對較高的高斯曲率的點，或是任何選取點集{引中高斯曲率 大于某一特定的預設值的點，也都是可行的。
[0052] 接著，W選取的高斯曲率突變點的點云數據構成初始配準控制點集，采用ICP算法 求得CAD模型上與初始配準控制點集對應的匹配點集。
[0053] 根據預設的約束條件，從初始配準控制點集及匹配點集中找出至少=對匹配點 對，每對匹配點對包括一初始配準控制點和一匹配點，約束條件包括每對匹配點對的與重 屯、的間距的差值的絕對值小于預設的重屯、間距闊值，每對匹配點對的點法矢的點乘結果小 于預設的點乘乘積闊值，W及至少=對匹配點對不共面。
[0054] 具體來說，在本實施例中，從初始配準控制點集及匹配點集中找出=對匹配點對， 并且找出=對匹配點對采用W下步驟:首先，計算初始配準控制點集及匹配點集的重屯、，并 計算初始配準控制點集中點W及匹配點集中點與各自所屬點集的重屯、的間距；其次，運用 最小二乘擬合曲面的方法，計算初始配準控制點集中點W及匹配點集中點各自的點法矢； 找出=對滿足約束條件的點對作為匹配點對。
[0055] 如上從初始配準控制點集及匹配點集中找出=對匹配點對的過程，舉例來說，可 W通過W下具體的計算過程來實現。
[0化6] 首先，利用公
十算兩點集（即初始配準控制點集{P}及 匹配點集{P'})的重屯、0和〇'，則控制點集{P}中點PiW及匹配點集{P，}中點到各自重屯、 的距離分別為di= M Pi-O M和(T i= Np/i-〇/ I I。應注意的是，運里的i遍歷1至N，而N為各個 點集中包含的點的總數。在W下說明中，i一般可理解為遍歷所設及的集合中的所有元素， 除非另有說明。
[0057]然后，運用最小二乘法擬合曲面的方式，確定控制點集{P}中點Pi的法矢化1，具體 方法為：W點Pi為球屯、，W給定的r值為半徑，獲得點Pi的鄰域點集nbhd(pi)，再利用公式
,的鄰域nbhd (Pi)的重屯、，繼而通過解算最優(yōu)方程 得到點Pi的最小二乘擬合曲面的法矢化1，其中Phi為點Pi的鄰 域nbhd(pi)中的點。與之類似地，可W確定CAD模型對應點集(即匹配點集）{P'}中點lA的法 矢 Wp,。
[005引判斷約束條件表達式奸
是否為真，其 中，ei、E2為預先設置的闊值，Count為有效匹配點的計數器，若上述約束條件表達式為真，貝U 進一步判斷選出的=對匹配點對是否在同一平面，若在同一平面則去掉其中任意一對匹配 點對，并再次進行上述計算過程，若不在同一平面則執(zhí)行后續(xù)步驟。若上述約束條件表達式 為假，則再次進行上述計算過程。
[0059] 在成功選出不在同一平面內的=對有效匹配點對后，根據其求出初始平移矩陣和 初始旋轉矩陣。初始平移矩陣作用于至少=個初始配準控制點的重屯、可得到至少=個匹配 點的重屯、，初始旋轉矩陣作用于初始配準控制點所得到的點與相匹配的匹配點為同方向的 矢量。例如，可通過將來自初始配準控制點集及匹配點集的=對匹配點對中，將來自初始配 準控制點集的=個點的重屯、和來自匹配點集的=個點的重屯、重合，而得到初始配準平移矩 陣To,再利用公式Pi = Ro . p/求解出初始配準旋轉矩陣Ro,運一公式中Pi和p/分別是來自 初始配準控制點集和來自匹配點集的對應的點中的一對或是遍歷全部3對。
[0060] 在得到初始配準平移矩陣和初始配準旋轉矩陣后，分割CAD模型W獲得檢測特征 點集。例如，將CAD模型分割為包括線段、平面、圓、球、圓柱、圓錐、自由曲面中的多個的標準 圖形。根據各個標準圖形的檢測特征布點規(guī)則，從分割的CAD模型中采點，并W采得的點構 成檢測特征點集。一般而言，采點數較多會更為準確地描述檢測特征，同時加大計算量，采 點數量可根據實際需要進行選擇。
[0061 ]針對標準圖形的檢測特征布點規(guī)則，舉例如下。
[0062] 針對線段的檢測特征布點規(guī)則可W為，將線段分為多個等長的子線段，并在相互 間隔等數量的子線段的子線段內分別采一個點。
[0063] 針對平面的檢測特征布點規(guī)則可W為，在平面的最大矩形包絡中取近似均布的多 個點。
[0064] 針對圓的檢測特征布點規(guī)則可W為，將圓等分多段等長的圓弧，并在每段圓弧取 一個點。
[0065] 針對自由曲面的檢測特征布點規(guī)則可W為，將自由曲面剖分為多個=角片，取每 個S角片的重屯、所在點。
[0066] 針對球的檢測特征布點規(guī)則可W為，對于半徑為r的球由相距距離為b的平面所截 形成的球面，若采點數共計為L個，則采點均勻分布在數量為1。個的平行且等距的球截面圓 周上，其中根據公式
計算等距間隔的球截面數量1。，根據公式
十算 球截面圓周上的采點數Ip,其中數量為Ip的點在球截面圓周上均布。
[0067] 針對圓柱的檢測特征布點規(guī)則可W為，對于高為h、半徑為r的圓柱，若采點數共計 為L個，則采點均勻分布在1。個平行且等距的圓柱橫截面圓周上，其中根據公式
十算等距間隔的橫截面數量1。，根據公;ES
計算每個橫截面圓周上 的采點數Ip,其中數量為Ip的點在橫截面圓周上均布。
[0068] 針對圓錐的檢測特征布點規(guī)則可W為，對于高為h、母線長為d、兩端半徑為ri、n且 n>ri的圓錐，若采點數共計為L個，則采點均勻分布在1。個平行且等距的圓錐橫截面圓周 上，其中根據公;ES
計算等距間隔的圓錐橫截面數量Ic， 根據公^!
h算每個圓錐橫截面圓周上的采點數Ip,其中數 量為Ip的點在圓錐橫截面圓周上均布。
[0069] 應理解的是，在上述針對標準圖形的檢測特征布點規(guī)則中設及的計算過程，均為 標量計算過程。
[0070] 在上述步驟之后，將WCAD模型的檢測特征點集{Q}為引導，采用ICP算法尋找點云 模型數據集{引中與檢測特征點集{Q}最近的點集，從而實現點云模型與CAD模型的精確配 準。
[0071] 先利用初始旋轉矩陣和初始平移矩陣作用于點云模型的所有點，W構成變換后點 云點集（即初始配準后點云集）。然后針對變換后點云點集和檢測特征點集，采用ICP算法尋 找滿足預設的終止條件的變換后點云點集和檢測特征點集之間的精確配準的旋轉矩陣和 平移矩陣。針對具體計算過程，舉例說明如下。
[0072] 設置精確配準的旋轉矩陣3叫日平移矩陣1'^勺初始值1?<>和1'<^分別為單位矩陣和0矩 陣，設置迭代計數器k的初始值為1，并執(zhí)行W下迭代過程。
[0073] 首先，尋找變換后點云點集{S'}中與檢測特征點集{Q}最近的點集，得到精確匹配 點對集precise_match = {(gi，g' i) I giG {Q}，g' i G {S' }，i = 1，2, . . .，m}，其中precise- match為精確匹配點對集，（gi，gi'）表示精確匹配點對集中的點對，m為精確匹配點對集中的 點對數量；
[0074] 利用公
十算精確匹配點對集中分別包含于變換后點 云點集{S'巧日檢測特征點集{Q}的兩個點集的重屯、巧化'，利用公式ei = g廣y和e/i = gVy' 對兩個點集作相對于各自的重屯、的重合平移，其中ei及ei '分別為點gi及gi'平移后的結果；
[0075] 利用公J
開算變換后點云點集{S'}和檢測特征點集{Q}平移后的 相關矩[
[0076] 由相關矩陣H中的各個元素構造四維對稱矩陣
-5
[0077] 根據構造的四維對稱矩陣計算得到旋轉矩陣Rk和平移矩陣Tk,其中，通過求解四維 對稱矩陣4X4的特征值和特征向量，得到最大特征根對應的特征向量為旋轉四元數0 =
[01，02，03，目4]\然后根據公；1^
計 算得到旋轉矩陣Rk,根據公式Tk = W'-RV得到平移矩陣Tk;
[007引根據公式
開算 本次和前一次迭代的變換后點云點集與檢測特征點集的匹配誤差量化ror，公式中Si和qi為 變換后點云點集和檢測特征點集中的對應點，然后判斷匹配誤差量是否小于預設的誤差量 闊值，若是則終止迭代過程并將本次迭代求得的精確配準的旋轉矩陣Rk和平移矩陣Tk作為 迭代結果，若否則令迭代計數器加1，并再次執(zhí)行上述迭代過程。
[0079] 在如上的迭代計算求得精確配準的旋轉矩陣Rk和平移矩陣Tk后，將精確配準的旋 轉矩陣和平移矩陣作用于點云模型，就可產生精確的配準結果。
[0080] 雖然W上描述了本發(fā)明的【具體實施方式】，但是本領域的技術人員應當理解，運些 僅是舉例說明，本發(fā)明的保護范圍是由所附權利要求書限定的。本領域的技術人員在不背 離本發(fā)明的原理和實質的前提下，可W對運些實施方式做出多種變更或修改，但運些變更 和修改均落入本發(fā)明的保護范圍。
【主權項】
1. 一種基于檢測特征的點云模型與CAD模型的配準方法，其特征在于，包括以下步驟： 步驟一、從點云模型的所有點中選取高斯曲率突變點； 步驟二、以選取的高斯曲率突變點的點云數據構成初始配準控制點集，采用ICP算法求 得CAD模型上與該初始配準控制點集對應的匹配點集； 步驟三、根據預設的約束條件，從該初始配準控制點集及該匹配點集中找出至少三對 匹配點對，每對匹配點對包括一初始配準控制點和一匹配點，約束條件包括每對匹配點對 的與重心的間距的差值的絕對值小于預設的重心間距閾值，每對匹配點對的點法矢的點乘 結果小于預設的點乘乘積閾值，以及該至少三對匹配點對不共面； 步驟四、根據該至少三對匹配點對求出初始平移矩陣和初始旋轉矩陣，該初始平移矩 陣作用于該至少三個初始配準控制點的重心得到該至少三個匹配點的重心，該初始旋轉矩 陣作用于初始配準控制點所得到的點與相匹配的匹配點為同方向的矢量； 步驟五、將CAD模型分割為標準圖形，標準圖形包括線段、平面、圓、球、圓柱、圓錐、自由 曲面中的多個； 步驟六、根據各個標準圖形的檢測特征布點規(guī)則，從步驟五分割的CAD模型中采點，并 以采得的點構成檢測特征點集； 步驟七、利用該初始旋轉矩陣和該初始平移矩陣作用于點云模型的所有點，以構成變 換后點云點集； 步驟八、針對變換后點云點集和檢測特征點集，采用ICP算法尋找滿足預設的終止條件 的變換后點云點集和檢測特征點集之間的精確配準的旋轉矩陣和平移矩陣。2. 如權利要求1所述的配準方法，其特征在于，步驟八包括： 設置精確配準的旋轉矩陣Rk和平移矩陣Tk的初始值Rt3和Tt3分別為單位矩陣和O矩陣，設 置迭代計數器k的初始值為1，并執(zhí)行以下迭代過程： 尋找變換后點云點集{S'}中與檢測特征點集{Q}最近的點集，得到精確匹配點對集 precise_match = {(gi，g' i) I gi e {Q}，g' i e {S' }，i = 1，2, · · ·，m}，其中precise_match為精 確匹配點對集，表示精確匹配點對集中的點對，m為精確匹配點對集中的點對數量； 利用公;If算精確匹配點對集中分別包含于變換后點云點集 {S'}和檢測特征點集{Q}的兩個點集的重心μ和μ'，利用公式ei = gi_y和e' iig' iV對該兩 個點集作相對于各自的重心的重合平移，其中ei&ei'分別為點gl& gl'平移后的結果； 利用公式f算變換后點云點集{S'}和檢測特征點集{Q}平移后的相關 矩由相關矩陣H中的各個元素構造四維對稱矩陣根據構造的四維對稱矩陣計算得到旋轉矩陣Rk和平移矩陣Tk，其中，通過求解四維對稱 矩陣把4X4的特征值和特征向量，得到最大特征根對應的特征向量為旋轉四元數Θ = [ Q1，θ2， θ3，θ4]τ，然后根據公：計算得到 旋轉矩陣Rk，根據公式Tk = V-R1V得到平移矩陣Tk; 根據公;I計算本次 和前一次迭代的變換后點云點集與檢測特征點集的匹配誤差量Error，公式中SjPq1為變換 后點云點集和檢測特征點集中的對應點，然后判斷匹配誤差量是否小于預設的誤差量閾 值，若是則終止迭代過程并將本次迭代求得的精確配準的旋轉矩陣R k和平移矩陣Tk作為迭 代結果，若否則令迭代計數器加1，并再次執(zhí)行上述迭代過程。3. 如權利要求1所述的配準方法，其特征在于，步驟一包括： 計算點云模型的所有點的高斯曲率； 計算所有點的高斯曲率的平均值，并篩選得到高斯曲率不小于該平均值的點作為高斯 曲率突變點。4. 如權利要求1所述的配準方法，其特征在于，步驟三包括： 計算該初始配準控制點集及該匹配點集的重心，并計算該初始配準控制點集中點以及 該匹配點集中點與各自所屬點集的重心的間距； 運用最小二乘擬合曲面的方法，計算該初始配準控制點集中點以及該匹配點集中點各 自的點法矢； 找出三對滿足該約束條件的點對作為匹配點對。5. 如權利要求1所述的配準方法，其特征在于，檢測特征布點規(guī)則包括以下的一項或多 項： 針對線段的檢測特征布點規(guī)則為，將線段分為多個等長的子線段，并在相互間隔等數 量的子線段的子線段內分別采一個點； 針對平面的檢測特征布點規(guī)則為，在平面的最大矩形包絡中取近似均布的多個點； 針對圓的檢測特征布點規(guī)則為，將圓等分多段等長的圓弧，并在每段圓弧取一個點； 針對自由曲面的檢測特征布點規(guī)則為，將自由曲面剖分為多個三角片，取每個三角片 的重心所在點； 針對球的檢測特征布點規(guī)則為，對于半徑為r的球由相距距離為b的平面所截形成的球 面，若采點數共計為L個，則采點均勻分布在數量為1。個的平行且等距的球截面圓周上，其 中根據公式4 計算等距間隔的球截面數量1。，根據公式& 計算球截面 圓周上的采點數Ip，其中數量為Ip的點在球截面圓周上均布； 針對圓柱的檢測特征布點規(guī)則為，對于高為h、半徑為r的圓柱，若采點數共計為L個，則 采點均勻分布在U個平行且等距的圓柱橫截面圓周上，其中根據公十算 等距間隔的橫截面數量U，根據公汁算每個橫截面圓周上的采點數Ip，其中數 量為Ip的點在橫截面圓周上均布； 針對圓錐的檢測特征布點規(guī)則為，對于高為h、母線長為d、兩端半徑為。^2且〇>^的 圓錐，若采點數共計為L個，則采點均勻分布在1。個平行且等距的圓錐橫截面圓周上，其中 根據公￥計算等距間隔的圓錐橫截面數量1。，根據公式計算每個圓錐橫截面圓周上的采點數Ip，其中數量為^勺 點在圓錐橫截面圓周上均布。6.如權利要求1-5中任意一項所述的配準方法，其特征在于，該配準方法還包括： 步驟九、將步驟八求得的精確配準的旋轉矩陣和平移矩陣作用于點云模型，以產生配 準結果。
【文檔編號】G06T7/00GK106023156SQ201610303972
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月10日
【發(fā)明人】姜麗萍, 丁力平, 方偉, 劉思仁, 李苗
【申請人】中國商用飛機有限責任公司, 上海飛機制造有限公司