点云拼接系统及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种点云处理技术，尤其涉及一种点云拼接系统及方法。
【背景技术】
[0002] 结构光三维扫描仪单次扫描只能得到单面的点云，多次从不同角度扫描一个物体 后会得到不同视角的点云。将它们拼接在一起，就可以得到一个该物体完整的点云。现有 的点云拼接方法主要是通过粘贴标志点进行匹配，然后用求取不同视角的转换矩阵进行拼 接，然而粘贴标志点有很多不方便的地方，如操作麻烦、在物体表面会造成孔洞等，如此一 来，降低了点云拼接的效率，且破坏了物体的完整性。
【发明内容】
[0003] 鉴于以上内容，有必要提供一种点云拼接系统，其可以不需要粘贴标志点，同样可 以进行点云拼接，如此一来，提高了点云拼接的效率，且避免了因为点云拼接而在物体表面 造成的空洞，保护了物体表面的完整性。
[0004] 还有必要提供一种点云拼接方法，其可以不需要粘贴标志点，同样可以进行点云 拼接，如此一来，提高了点云拼接的效率，且避免了因为点云拼接而在物体表面造成的空 洞，保护了物体表面的完整性。
[0005] -种点云拼接系统，该系统运行于主机中，该系统包括：获取模块，用于从主机中 获取需要拼接的点云，每个点云所对应的图片及标定参数；计算模块，用于对每张图片进行 滤波处理，并通过Canny算子计算出每张图片的边缘，选择曲率局部极大值点作为候选值 点，初步计算出每张图片的曲率尺度空间角点；所述计算模块，还用于根据初步计算的曲率 尺度空间角点，通过边缘梯度和插值的方法，得到每张图片的亚像素角点；转换模块，用于 将每张图片的亚像素角点根据标定参数转换为三维空间坐标，通过欧式空间的不变性原理 进行匹配亚像素角点，得到共同的角点；拼接模块，用于通过共同的角点计算出不同视角的 转换矩阵，将所有点云转化到同一视角下，得到一个完整的点云，完成拼接。
[0006] -种点云拼接方法，该方法运用于主机中，该方法包括如下步骤：从主机中获取 需要拼接的点云，每个点云所对应的图片及标定参数；对每张图片进行滤波处理，并通过 Canny算子计算出每张图片的边缘，选择曲率局部极大值点作为候选值点，初步计算出每张 图片的曲率尺度空间角点；根据初步计算的曲率尺度空间角点，通过边缘梯度和插值的方 法，得到每张图片的亚像素角点；将每张图片的亚像素角点根据标定参数转换为三维空间 坐标，通过欧式空间的不变性原理进行匹配亚像素角点，得到共同的角点；通过共同的角点 计算出不同视角的转换矩阵，将所有点云转化到同一视角下，得到一个完整的点云，完成拼 接。
[0007] 相较于现有技术，所述的点云拼接系统及方法，其可以不需要粘贴标志点，同样可 以进行点云拼接，如此一来，提高了点云拼接的效率，且避免了因为点云拼接而在物体表面 造成的空洞，保护了物体表面的完整性。
【附图说明】
[0008] 图1是本发明点云拼接系统较佳实施例的运行环境示意图。
[0009]图2是本发明点云拼接系统较佳实施例的功能模块图。
[0010] 图3是本发明点云拼接方法较佳实施例的作业流程图。
[0011] 图4是本发明亚像素角点计算过程的示意图。
[0012] 主要元件符号说明
[0013]
【主权项】
1. 一种点云拼接系统，该系统运行于主机中，其特征在于，该系统包括： 获取模块，用于从主机中获取需要拼接的两个或两个以上的点云，每个点云所对应的 图片及标定参数； 计算模块，用于对每张图片进行滤波处理，并计算出每张图片的边缘，从每张图片的边 缘中选择曲率局部极大值点作为候选值点，初步计算出每张图片的曲率尺度空间角点； 所述计算模块，还用于根据初步计算出的曲率尺度空间角点，通过边缘梯度和插值的 方法，得到每张图片的亚像素角点； 转换模块，用于将每张图片的亚像素角点根据标定参数转换为三维空间坐标，通过欧 式空间的不变性原理进行匹配亚像素角点，得到共同的角点；及 拼接模块，用于通过共同的角点计算出不同视角的转换矩阵，将所有点云转化到同一 视角下，得到一个完整的点云，完成所述两个或两个以上点云的拼接。
2. 如权利要求1所述的点云拼接系统，其特征在于，所述初步计算出每张图片的曲率 尺度空间角点的方式如下： 通过Canny算子计算出每张图片的边缘，然后对边缘表示成曲线r(u) = [x(u, 5)，Y(U,S)]，其中，x(u, 5)表示高斯滤波后的横坐标，Y(U, 5)表示高斯滤 波后的纵坐标； 对曲线上的点计算曲率，选择曲率局部极大值点作为候选值点，当候选值点同时满足 下面两个条件时，确定该点为角点：条件一，大于阈值T，条件二，至少大于两侧相邻的点曲 率极小值的两倍；及 对于Canny算子提取出的曲线进行填补，形成T型角点，若确定得出的角点与T型角点 相邻，去掉T型角点，从而初步计算出曲率尺度空间角点。
3. 如权利要求1所述的点云拼接系统，其特征在于，所述欧式空间的不变性包括欧式 空间的距离、角度或面积的不变性。
4. 如权利要求1所述的点云拼接系统，其特征在于，所述标定参数包括CCD的焦距、CCD 的中心点、C⑶旋转矩阵及C⑶平移矩阵。
5. 如权利要求1所述的点云拼接系统，其特征在于，所述不同视角的转换矩阵通过三 角法，最小二乘法，奇异值分解法或四元数法进行计算。
6. 如权利要求1所述的点云拼接系统，其特征在于，所述四元数法进行计算的过程如 下： 计算共同的角点集P(mj和Q(m'J的质心：
将共同的角点集做相对质心 的平移P^nii-Ui，p' ^nii-u'p根据移动后共同的角点计算相关 矩阵K，
由矩阵K中元素构造出四维对称矩阵
计算最大特征值对应的特征向量，qztqc^quqhCyT，计算旋转矩阵，
计算平移矩阵，T=u' -Ru，通过旋 转矩阵和平移矩阵把一组点云转换到另一组点云的同一坐标系下。
7. -种点云拼接方法，该方法运用于主机中，其特征在于，该方法包括如下步骤： 从主机中获取需要拼接的两个或两个以上的点云，每个点云所对应的图片及标定参 数； 对每张图片进行滤波处理，并计算出每张图片的边缘，从每张图片的边缘中选择曲率 局部极大值点作为候选值点，初步计算出每张图片的曲率尺度空间角点； 根据初步计算出的曲率尺度空间角点，通过边缘梯度和插值的方法，得到每张图片的 亚像素角点； 将每张图片的亚像素角点根据标定参数转换为三维空间坐标，通过欧式空间的不变性 原理进行匹配亚像素角点，得到共同的角点；及 通过共同的角点计算出不同视角的转换矩阵，将所有点云转化到同一视角下，得到一 个完整的点云，完成所述两个或两个以上点云的拼接。
8. 如权利要求7所述的点云拼接方法，其特征在于，所述初步计算出每张图片的曲率 尺度空间角点的方式如下： 通过Canny算子计算出每张图片的边缘，然后对边缘表示成曲线r(u) = [x(u, 5)，Y(U,S)]，其中，x(u, 5)表示高斯滤波后的横坐标，Y(U, 5)表示高斯滤 波后的纵坐标； 对曲线上的点计算曲率，选择曲率局部极大值点作为候选值点，当候选值点同时满足 下面两个条件时，确定该点为角点：条件一，大于阈值T，条件二，至少大于两侧相邻的点曲 率极小值的两倍；及 对于Canny算子提取出的曲线进行填补，形成T型角点，若确定得出的角点与T型角点 相邻，去掉T型角点，从而初步计算出曲率尺度空间角点。
9. 如权利要求7所述的点云拼接方法，其特征在于，所述欧式空间的不变性包括欧式 空间的距离、角度或面积的不变性。
10. 如权利要求7所述的点云拼接方法，其特征在于，所述标定参数包括CCD的焦距、 C⑶的中心点、C⑶旋转矩阵及C⑶平移矩阵。
11. 如权利要求7所述的点云拼接方法，其特征在于，所述不同视角的转换矩阵通过三 角法，最小二乘法，奇异值分解法或四元数法进行计算。
12. 如权利要求7所述的点云拼接方法，其特征在于，所述四元数法进行计算的过程如 下： 计算共同的角点集P(mj和Q(m'i)的质心：
将共同的角点集做相对质心 的平移P^nii-Ui，p' ^nii-u'p根据移动后共同的角点计算相关 矩阵K，
由矩阵K中元素构造出四维对称矩阵
计算最大特征值对应的特征向量，qztqc^quqhCyT，计算旋转矩阵，
计算平移矩阵，T=u' -Ru，通过 旋转矩阵和平移矩阵把一组点云转换到另一组点云的同一坐标系下。
【专利摘要】一种点云拼接方法，该方法包括如下步骤：从主机中获取需要拼接的点云，每个点云所对应的图片及标定参数；初步计算出每张图片的曲率尺度空间角点；根据初步计算的曲率尺度空间角点，通过边缘梯度和插值的方法，得到每张图片的亚像素角点；将每张图片的亚像素角点根据标定参数转换为三维空间坐标，通过欧式空间的不变性原理进行匹配亚像素角点，得到共同的角点；通过共同的角点计算出不同视角的转换矩阵，将所有点云转化到同一视角下，得到一个完整的点云，完成拼接。本发明还提供一种点云拼接系统。利用本发明可以提高了点云拼接的效率，保护了物体表面的完整性。
【IPC分类】G06T3-40
【公开号】CN104574273
【申请号】CN201310476517
【发明人】吴新元, 张旨光, 谢鹏
【申请人】鸿富锦精密工业（深圳）有限公司, 鸿海精密工业股份有限公司
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2013年10月14日
【公告号】US20150104105