点云平均点间距约为0.2m，两期点 云水平误差约为25m，垂直误差约为12m。
[0123] 图8为两点云叠加显示的整体效果及局部放大效果。图9展示了由SIFT算法提取 后，采用交互式方式获取的匹配点。图中共有36个同名点对，DSM的栅格间距为0.5m。图10为 采用本文提出的预设模型进行全局配准后的结果。图11为进一步利用本文所提出的局部配 准方法进行配准后最终结果的几处剖面图。由图8至图11可知，上述点云配准系统的配准精 度较高。
[0124] 上述点云配准系统，通过SIFT算法从待配准点云中选取多个同名点，并利用多个 同名点按照预设模型对待配准点云进行全局配准;然后将多个同名点作为索引，采用点云 配准算法对经过全局配准的待配准点云进行局部配准，能够显著地提高全局配准的精度和 效率。而且对配准的模型进行了改进，以使得模型能够用于待配准点云偏差较大的情况。
[0125] 以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并 不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员 来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保 护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
【主权项】
1. 一种点云配准方法，其特征在于，包括以下步骤： 通过SIFT算法从待配准点云中选取多个同名点，并利用多个所述同名点按照预设模型 对所述待配准点云进行全局配准； 将多个所述同名点作为索引点，采用点云配准算法对经过所述全局配准的所述待配准 点云进行局部配准。2. 根据权利要求1所述的点云配准方法，其特征在于，所述通过SIFT算法从所述待配准 点云中选取多个同名点，并利用多个所述同名点按照预设模型对所述待配准点云进行全局 配准步骤包括： 对所述待配准点云进行栅格化，转化为数字表面模型； 利用SIFT算法对所述数字表面模型进行特征检测，生成特征描述子； 对两组所述特征描述子进行特征匹配，生成初始同名点对； 从所述初始同名点对中选取同名点； 利用所述同名点，按照预设模型对所述待配准点云进行全局配准。3. 根据权利要求2所述的点云配准方法，其特征在于，所述从所述初始同名点对中选取 同名点步骤包括： 利用同名点之间的实际三维距离约束条件对所述初始同名点对进行筛选； 从筛选出的所述初始同名点对中，采用交互式的方式选取同名点。4. 根据权利要求1至3任意一项所述的点云配准方法，其特征在于，所述预设模型为： 对所述待配准中的样本点云进行初步平移，使得两个所述待配准点云的同名点的重心 重合； 对经过所述初步平移后的所述待配准点云，求解旋转矩阵和进一步平移的平移向量。5. 根据权利要求4所述的点云配准方法，其特征在于，所述待配准点云的个数为两个， 将其中一个所述待配准点云作为模板，另一个所述待配准点云作为样本;所述点云配准算 法为ICP算法； 所述将多个所述同名点作为索引点，采用点云配准算法进行局部配准步骤包括： 根据所述索引点选取位于所述模板中的点，并记为点集S1; 根据索引点，选取所述样本中位于所述索引点位置预设半径范围内的点，记为点集S2， 并对所述点集S2建立KD树； 基于所述点集S1，选取所述点集S2中距所述点集S1欧氏距离最近的点作为对应点； 根据所述对应点，基于所述预设模型计算临时变换矩阵Ml，若配准误差收敛或达到最 大迭代次数，则采用累积变换矩阵Μ对待配准点云进行变换；否则，基于所述临时变换矩阵 Ml更新所述累积变换矩阵Μ;其中，通过M = Ml*Μ更新所述累积变换矩阵Μ，且所述累积变换 矩阵Μ的初始值为单位矩阵； 根据所述临时变换矩阵Ml对所述点集S2进行变换，生成新的点集S2,并返回所述对所 述点集S2建立KD树步骤。6. -种点云配准系统，其特征在于，包括全局配准模块和局部配准模块； 所述全局配准模块用于通过SIFT算法从待配准点云中选取出多个同名点，并利用多个 所述同名点按照预设模型对所述待配准点云进行全局配准； 所述局部配准模块用于将多个所述同名点作为索引点，采用点云配准算法对经过所述 全局配准的所述待配准点云进行局部配准。7. 根据权利要求6所述的点云配准系统，其特征在于，所述全局配准模块包括栅格化单 元、特征检测单元、特征匹配单元、同名点选取单元和全局配准单元； 所述栅格化单元用于对所述待配准点云进行栅格化，转化为数字表面模型； 所述特征检测单元用于利用SIFT算法对所述数字表面模型进行特征检测，生成特征描 述子； 所述特征匹配单元用于对两组所述特征描述子进行特征匹配，生成初始同名点对； 所述同名点选取单元用于从所述初始同名点对中选取同名点； 所述全局配准单元用于利用所述同名点，按照预设模型对所述待配准点云进行全局配 准。8. 根据权利要求7所述的点云配准系统，其特征在于，所述同名点选取单元利用同名点 之间的实际三维距离约束条件对所述初始同名点对进行筛选，并从筛选出的所述初始同名 点对中，采用交互式的方式选取同名点。9. 根据权利要求6至8任意一项所述的点云配准系统，其特征在于，所述预设模型为： 对所述待配准中的样本点云进行初步平移，使得两个所述待配准点云的同名点的重心 重合； 对经过所述初步平移后的所述待配准点云，求解旋转矩阵和进一步平移的平移向量。10. 根据权利要求9所述的点云配准系统，其特征在于，所述待配准点云的个数为两个， 将其中一个所述待配准点云作为模板，另一个所述待配准点云作为样本;所述点云配准算 法为ICP算法； 所述局部配准模块包括模板点选取单元、样本点选取单元、对应点搜索单元、匹配执行 单元和样本点更新单元； 所述模板点选取单元用于根据所述索引点选取位于所述模板中的点，并记为点集S1; 所述样本点选取单元用于根据索引点，选取所述样本中位于所述索引点位置预设半径 范围内的点，记为点集S2，并对所述点集S2建立KD树； 所述对应点搜索单元用于基于所述点集S1，选取所述点集S2中距所述点集S1欧氏距离 最近的点作为对应点； 所述匹配执行单元用于根据所述对应点，基于所述预设模型计算临时变换矩阵Ml，若 配准误差收敛或达到最大迭代次数，则采用累积变换矩阵Μ对待配准点云进行变换；否则， 基于所述临时变换矩阵Ml调用所述样本点更新单元，并更新所述累积变换矩阵Μ;其中，通 过M=M1*M更新所述累积变换矩阵M，且所述累积变换矩阵Μ的初始值为单位矩阵； 所述样本更新单元用于根据所述匹配执行单元得出的所述临时变换矩阵Ml更新所述 点集S2,并对所述点集S2建立KD树，作为所述对应点搜索单元的输入。
【专利摘要】本发明公开一种点云配准方法，包括以下步骤：通过SIFT算法从待配准点云中选取多个同名点，并利用多个同名点按照预设模型对待配准点云进行全局配准；将多个同名点作为索引点，采用点云配准算法对经过全局配准的待配准点云进行局部配准。上述点云配准方法能够显著地提高点云配准的精度和效率。本发明还提出一种点云配准系统。
【IPC分类】G06T3/00
【公开号】CN105654422
【申请号】
【发明人】徐胜攀
【申请人】北京观著信息技术有限公司
【公开日】2016年6月8日
【申请日】2015年12月23日