点云数据的配准方法、装置及电子设备与流程

本技术涉及三维重建领域，具体涉及一种点云数据的配准方法、装置及电子设备。

背景技术：

1、随着计算机技术的不断发展，在对不同的目标对象（例如大型待喷车辆）进行喷涂的过程中，由于目标对象的加工误差普遍较大，实际尺寸和cad模型尺寸之间通常存在较大差异，而且有时会存在一些cad模型中不存在的外挂件，因此单纯依据cad模型进行喷涂将会导致整个路径的可靠性和精准性难以得到保障，为此需要对待喷涂的目标对象进行扫描建模。为了获取大型待喷涂的目标对象的完整点云模型，需要激光扫描仪以不同视角进行多点扫描，然后通过点云数据配准得到其完备的表面轮廓点云模型（即通过将对目标对象的不同视角的点云数据配准到统一坐标系下，从而配准成待喷对象的整体模型）。现有的点云配准方法通常要求源点云和目标点云之间存在较大的重叠区域，但在实际的扫描过程中，扫描视角差异较大，获得的点云彼此之间的重叠区域较小，从而导致配准结果精度较低。

2、针对现有点云配准方法的配准精度低的问题，目前尚未提出有效的技术解决方案。

技术实现思路

1、本技术实施例提供了一种点云数据的配准方法、装置及电子设备，以至少解决相关技术中的点云配准方法存在的配准精度低的问题。

2、根据本技术实施例的一个方面，提供了一种点云数据的配准方法，包括：对获取的源点云数据进行分割，得到与上述源点云数据对应的参考形状数据集合，并对获取的目标点云数据进行分割，得到与上述目标点云数据对应的目标形状数据集合；根据参考形状数据集合确定参考描述数据子集合，并根据上述目标形状数据集合确定目标描述数据子集合，其中，上述参考形状数据集合中包括多个参考形状数据，上述多个参考形状数据分别对应不同的参考描述子，上述目标形状数据集合包括多个目标形状数据，上述多个目标形状数据分别对应不同的目标描述子；根据上述参考描述子集合和上述目标描述子集合确定目标转换矩阵，并根据上述目标转换矩阵对上述源点云数据和上述目标点云数据进行第一配准，得到第一配准结果；以及根据上述第一配准结果对上述源点云数据和上述目标点云数据进行第二配准，得到第二配准结果。

3、根据本技术实施例的另一方面，还提供了一种点云数据的配准装置，包括：分割单元，用于对获取的源点云数据进行分割，得到与上述源点云数据对应的参考形状数据集合，并对获取的目标点云数据进行分割，得到与上述目标点云数据对应的目标形状数据集合；确定单元，用于根据上述参考形状数据集合确定参考描述数据子集合，并根据上述目标形状数据集合确定目标描述数据子集合，其中，上述参考形状数据集合中包括多个参考形状数据，上述多个参考形状数据分别对应不同的参考描述子，上述目标形状数据集合中包括多个目标形状数据，上述多个目标形状数据分别对应不同的目标描述子；配准单元，用于根据上述参考描述子集合和上述目标描述数据子集合确定目标转换矩阵，并根据上述目标转换矩阵对上述源点云数据和上述目标点云数据进行第一配准，得到第一配准结果，以及根据上述第一配准结果，对上述源点云数据和上述目标点云数据进行第二配准，得到第二配准结果。

4、可选地，上述配准单元包括：第一确定单元，用于根据上述参考描述数据子集合和上述目标描述数据子集合确定描述子对集合，其中，上述描述子对集合中的每个描述子对包括一个参考描述子以及与上述一个参考描述子匹配的目标描述子；第二确定单元，用于根据上述描述子对集合确定第一转换矩阵集合，其中，上述描述子对集合中的多个描述子对与上述第一转换矩阵集合中的多个第一转换矩阵一一对应；去重单元，用于对上述第一转换矩阵集合中包括的多个上述第一转换矩阵执行去重操作，得到第二转换矩阵集合；第三确定单元，用于从上述第二转换矩阵集合包括的多个第二转换矩阵中确定上述目标转换矩阵。

5、可选地，上述第一确定单元包括遍历单元：用于重复执行以下操作，直至遍历上述参考描述数据子集合中包括的多个上述参考描述子：从上述参考描述数据子集合中获取一个参考描述子作为当前描述子；根据上述当前描述子确定与上述当前描述子对应的参考形状；从上述目标描述数据子集合中确定出与上述参考形状匹配的第一描述数据子集合，其中，上述第一描述数据子集合中包括的多个第一描述子各自对应的形状与上述参考形状相同；从上述第一描述数据子集合中确定出与上述当前描述子的相似度小于目标相似度阈值的第一描述子，并将确定出的上述第一描述子与上述当前描述子确定为描述子对。

6、可选地，上述第三确定单元包括：第一确定子单元，用于根据多个上述第二转换矩阵确定与多个上述第二转换矩阵各自对应的旋转矩阵和平移矩阵；稀疏处理单元，用于分别对上述旋转矩阵和上述平移矩阵进行稀疏处理，并根据上述稀疏处理结果确定多个第三转换矩阵；第二确定子单元，用于从多个上述第三转换矩阵中确定上述目标转换矩阵。

7、可选地，上述稀疏处理单元包括第四确定单元，用于从多个上述旋转矩阵中确定一个上述旋转矩阵作为当前旋转矩阵；第五确定单元，用于从多个上述旋转矩阵中确定出与上述当前旋转矩阵之间的距离小于第一预设距离的多个第一参考旋转矩阵，并根据确定出的多个上述第一参考旋转矩阵确定平均旋转矩阵；第六确定单元，用于从多个上述平移矩阵中确定一个上述平移矩阵作为当前平移矩阵；第七确定单元，用于从多个上述平移矩阵中确定出与上述当前平移矩阵之间的距离小于第二预设距离的多个第一参考平移矩阵，并根据确定出的多个上述第二参考平移矩阵确定平均平移矩阵。

8、可选地，上述第二确定子单元包括：旋转平移单元，用于将上述目标点云数据分别按照多个上述第三转换矩阵进行旋转平移操作得到参考点云数据；第三确定子单元，用于采用如下公式从上述源点云数据中确定出与上述参考点云数据对应的参考点集合：

9、其中，上述参考点集合中的多个参考点分别是与对应的参考点云数据中的参考点距离最近的点，是上述多组参考点云数据中的任一点，是上述源点云数据中与距离最近的点，为上述源点云数据中点的数量；第四确定子单元，用于根据上述参考点集合与上述参考点云数据确定参考点对集合；第五确定子单元，用于根据上述参考点对集合采用如下公式确定目标旋转矩阵和目标平移矩阵：其中，为与上述第三转换矩阵对应的旋转矩阵，为与上述第三转换矩阵对应的平移矩阵，为上述目标点云数据中点的数量，为目标旋转矩阵，为目标平移矩阵；第五确定子单元，用于根据上述目标旋转矩阵和上述目标平移矩阵确定上述目标转换矩阵。

10、可选地，上述配准单元还包括：建立单元，用于对上述源点云数据建立kd树，并对参考点云数据建立kd树，其中，上述参考点云数据为将上述目标点云数据进行旋转平移操作，得到的点云数据；第八确定单元，用于根据上述源点云数据中包括的多个第一参考点，从上述参考点云数据中确定出与多个上述第一参考点各自对应的欧式距离最短的第二参考点，得到第一参考点对集合，其中，上述第一参考点对集合中的每个第一参考点对包括一个第一参考点以及与上述一个第一参考点对应的第二参考点；第九确定单元，用于根据上述参考点云数据中包括的多个上述第二参考点，从上述源点云数据中确定出与多个上述第二参考点各自对应的欧式距离最短的上述第一参考点，得到第二参考点对集合，其中，上述第二参考点对集合中的每个第二参考点对包括一个第二参考点以及与上述一个第二参考点对应的第一参考点；配准子单元，用于确定上述第一参考点集合与上述第二参考点集合的交集，并根据上述交集对上述源点云数据和上述目标点云数据进行第二配准，得到第二配准结果。

11、根据本技术实施例的又一方面，提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机指令，计算机指令用于使计算机执行如以上点云数据的配准方法。

12、根据本技术实施例的又一方面，还提供了一种电子设备，电子设备包括：至少一个处理器；以及与至少一个处理器通信连接的存储器；其中，存储器存储有可被至少一个处理器执行的计算机程序，计算机程序被至少一个处理器执行，以使至少一个处理器执行如以上点云数据的配准方法。

13、与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：

14、通过基于形状的点云分割得到多个形状之后，确定与形状对应的描述子，从而根据确定出的描述子对源点云和目标点云进行第一配准，并根据第一配准结果对源点云数据和目标点云数据进行第二配准，解决了现有点云配准方法的配准精度低的问题，提高了配准精度。