一种适用于ToF相机的三维点云自动配准方法及系统的制作方法_4

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(208. 7-208)
[0138] =-0.0008
[0139] 即所求标记点中心三维点CP的坐标为(0· 1643, -0· 0308, -0· 0008)
[0140] 对识别得到的各标记点中心均执行此操作,所获得的各个标记点中心的三维点即 构成标记点点云CffMi。
[0141] 09、使转台旋转角度Θ。此处,角度Θ在扫描过程中为固定值,需预先设定,其值 可以是60°、20°、20/3°等。这是因为,为配合本发明的配准方法,需从2X3n个方位进行 扫描,即转台每次转动的角度为:
[0142] Θ = 360/ (2 X 3n) = 180/3η, η = I, 2, 3...
[0143] 其中,η表示转动参数,用来确定Θ的值。
[0144] 例如:
[0145] 设η = 1,则Θ = 60°,则在6个方位进行扫描;
[0146] 设η = 2,则Θ = 20°,则在18个方位进行扫描。
[0147] 10、判断转台是否累计已转过一圈,如果是,则继续执行下一步11,否则返回执行 02〇
[0148] 例如:
[0149] 当转台累计转过角度为300°,未达到一圈(360° ),则返回执行02;
[0150] 当转台累计转过角度为360°,达到一圈,则执行11。
[0151] 11、采用如图5所示的配准方法配准各次处理得到的标记点点云CffM1,获得各自的 精配准变换矩阵TM113
[0152] 所述配准方法的基本原理是分散式地对局部相邻点云进行配准、合并,再重复此 过程,最终得到一个较好的整体配准结果。为此,所要处理的点云个数必须为2 X 3"个,其中 η即为前文所述的转动参数。该方法可以有效减少顺序配准方法带来的累积误差。具体实 施中的工作过程如下:
[0153] 111、为每一幅标记点点云CffM1建立一个与之对应的迭代变换矩阵TL 1,并将其初 始化为单位矩阵。
[0154] 112、将各幅标记点点云CffMJt为待处理点云,对待处理点云进行处理,得到前最 终点云Cx与后最终点云C γ。
[0155] 具体实施中对待处理点云进行处理的工作过程如图6所示:
[0156] 1121、对于各幅待处理点云,按采集的顺序将每相邻的三幅点云分为一组,对各组 点云进行处理,每组各得到一幅点云。
[0157] 具体实施中对各组点云进行处理的工作过程如图7所示:
[0158] 11211、对于每组中的三幅点云,以采集顺序在中的中待处理点云Cb为目标点云, 以采集顺序在前的前待处理点云Ca和采集顺序在后的后待处理点云CeS源点云,分别进行 ICP配准,得到前待处理点云Ca、后待处理点云Ce分别配准到中待处理点云C Β的前变换矩 阵Ta和后变换矩阵T c。
[0159] 11212、将前变换矩阵Ta分别累乘到各幅组成前待处理点云C A的标记点点云CffM i 所对应的迭代变换矩阵TL1中;将后变换矩阵T ε分别累乘到各幅组成后待处理点云C ε的标 记点点云CffM1K对应的迭代变换矩阵TL 。
[0160] 上述累乘是指,假设有变换矩阵T。与T i,则"将T。累乘到T /'的意思是把 到的结果存入T1中。
[0161 ] 11213、分别使用前变换矩阵Ta和后变换矩阵T ε对前待处理点云C A、后待处理点云 Cc进行变换,将变换后的两幅点云与中待处理点云Cb合并为一幅点云。
[0162] 1122、将各组得到的点云作为待处理点云,重复上述步骤1121再进行处理,直到 得到仅剩的两幅最终点Ζ5Γ,以米集顺序在前的点75Γ为前最终点75Γ Cx,米集顺序在后的点75Γ 为后最终点云Cy。
[0163] 113、以前最终点云Cx为目标点云,以后最终点云(^为源点云,进行ICP配准,得到 最终变换矩阵Ty。
[0164] 114、将最终变换矩阵Ty分别累乘到各幅组成后最终点云C ,的标记点点云CffM #斤 对应的迭代变换矩阵TL1中,获得各个精配准变换矩阵TM 1<3
[0165] 所述"获得各个精配准变换矩阵TM^的方法具体为:按采集序数i进行对应,每一 精配准变换矩阵TMjP为其所对应的迭代变换矩阵TL 1<3
[0166] 图10所示为本发明所述配准方法实施例的示意图,以便更好地解释图5、图6、图 7所述的工作过程。实施例所描述的只是一个例子情况,设转动参数η = 2,即所要处理的 标记点点云CffM1个数为2 X 3 2= 18个,分别将CffM CffM 18记作C u C 118,则配准过程如 下:
[0167] 第一轮配准:
[0168] C1,i、Cli3分别配准到C 1ι2,并将配准后的3幅点云合并为C2il;
[0169] CU4、Cu6分别配准到C u,并将配准后的3幅点云合并为q2;
[0170] C1,7、Cli9分别配准到C liS,并将配准后的3幅点云合并为C2,3;
[0171] Clil(]、Clil2分别配准到C 1ιη,并将配准后的3幅点云合并为C2i4;
[0172] CU13、Clil5分别配准到C U14,并将配准后的3幅点云合并为q5;
[0173] CU16、Cms分别配准到C U17,并将配准后的3幅点云合并为C2』;
[0174] 第二轮配准:
[0175] C2il、C2i3分别配准到C2i2,并将配准后的3幅点云合并为C 3il;
[0176] C2i4、C2i6分别配准到C2i5,并将配准后的3幅点云合并为C 3i2;
[0177] 第三轮配准:
[0178] 只剩两幅最终点云C3,1与C 3,2,因此将C3i2配准到C 3ι1,完成全部配准。
[0179] 上述"A配准到B"是指以A为源点云、B为目标点云,使用ICP方法进行配准。在 上述每一步配准后,相应地更新所变换点云对应的迭代变换矩阵TL1,如步骤11212与步骤 114所述。最后根据各个迭代变换矩阵TL1获得各个精配准变换矩阵TM 1<3
[0180] 举例说明所述"更新所变换点云对应的迭代变换矩阵TL/'的工作过程:
[0181] 如在上述第一轮配准中,C1^ Cli3分别配准到C 1ι2,则将Cu、Cli2、Cli3分别记作C A、 CB、Cc,配准后得到1\和T c,配准中用1\和T c分别对C A、(^进行变换,因此所变换点云即为 CA、Cc。而Ca就是C u也就是CffM i,因此(;所对应的唯一 TL i即为CffM派对应的TL i,将Ta累乘到TL1;同理,C。所对应的即为TL 3,将Te累乘到TL 3。
[0182] 再如在上述第二轮配准中,C2il、C2,3分别配准到C 2^则将C2il、C2,2、心3分别记作 CA、CB、Cc,配准后得到1\和T c,所变换点云为C2il、C2i3。因 Ca就是C 2il,C2il又是由C u、Cli2、 Cu3合并而成的,也就是由CffM r CWM2、(:丽3合并而成,其所对应的就是TL r TL2、TL3,因此Ca所对应的TL1即为TL η TL2、TL3S 3个,则将T j别累乘到TL η TL2、TL3;同理,C。对应的是 TL7、TLS、TL9,则将 1^分别累乘到 TL 7、TLS、TL9。
[0183] 又如在上述第三轮配准中,只剩2幅最终点云,将c3,2配准到c V,则将C3^q2分 别记作Cx、Cy,配准后得到Ty,所变换点云为C3i2。因 cjjt是C3,2, C3i2是由C 2,4、C2,5、C2i6合 并而成,即C3i2是由C1i1id~C 1118合并而成,也就是由CffM1。~CffM18^并而成,其所对应的是 TL1。~TL 18。因此0斤对应的TL肩9个,即TL i。~TL 18,则将1\分别累乘到TL i。~TL 18。
[0184] 举例说明"根据各个迭代变换矩阵TL1获得各个精配准变换矩阵TM /'的工作过程: 在完成TL1的全部累乘计算后,各个TL #卩为所求的各个TM i。例如TM1即为TL p TM2即为 TL2,以此类推。
[0185] 12、使用精配准变换矩阵TM1对各自对应的粗配准被测物点云CWS 1进行变换,即得 到精配准被测物点云CWST1,实现被测物三维点云的配准。该过程即为将标记点点云(:^^配 准所得的结果应用于各幅粗配准被测物点云CWS1,使其完成配准。上述"各自对应"是指按 采集序数对应,比如TM1对应CWS i,TM2对应CWS 2,以此类推。
[0186] 由此可见,本发明一方面从三维点云中识别转台并结合转台转角对三维点云进行 粗配准,同时通过背景分割获得被测物点云,该过程无需
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