一种三维激光雷达点云匹配的快速icp方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种快速ICP方法，具体地说，涉及一种三维激光雷达点云匹配的快 速ICP方法。
【背景技术】
[0002] 三维激光雷达提供了环境（或物体）的三维深度信息，在机器人导航、物体重三维 建、医学图像分析、地形测绘、文物保护等诸多应用中被广泛使用。
[0003] 三维激光雷达提供的点云数据需要进行配准才能用于后续的环境建模、物体 重建、地形构建等工作。目前，广为使用的三维激光雷达数据匹配方法是最近迭代算法 (ICP,IterativeClosePoint)及其改进方法。然而，ICP算法具有以下不足：（1)要求初 始估计较为准确，（2)大量的点云数据使得ICP算法效率低，（3)ICP算法可能陷入局部最优 解。
[0004] 现有技术中提出了一种经典的迭代最近点（IterativeClosestPoint,ICP)技 术，可以对两个三维点集进行配准，迭代最近点（ICP)的主要缺点为：1)如果初始矩阵选择 不当，可能导致陷入局部最优点；2)计算最近点的过程计算复杂度较大，为0(凡1)(其中， N。为当前点云数据个数，Nm为模型点集数据个数）。假设算法迭代次数为D，则算法复杂度 为"(DN。^。由于配准算法通常要被多次调用，而实际问题的数据点集规模也通常非常大， 因此该方法难以获得实时结果。
[0005] 现有技术中还提出了一种在极坐标系下配准二维激光雷达点云数据的方法。其基 本思路是利用激光雷达原始扫描数据的结构信息，利用扫描投影的方法计算当前扫描在参 考坐标系中的期望点云。该方法首先对原始点云数据进行适当的预处理以去除异常数据。 此后，在初始配准估计的基础上，迭代地进行扫描投影（scanprojection)、平移估计、旋转 估计。该方法不能处理三维激光雷达点云数据。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于克服上述技术存在的缺陷，提供一种三维激光雷达点云匹配的 快速ICP方法，使得三维激光雷达原始点云数据配准速度大幅度提高，即将时间复杂度从 经典ICP方法的0(DNeNm)降为0(DN。)。该发明的核心是针对三维激光雷达原始点云数据 的特点，在极坐标系下快速地计算两个点云之间的最近点方法，其中，N。为当前点云数据个 数，I为模型点集数据个数。
[0007] 其具体技术方案为：
[0008] -种三维激光雷达点云匹配的快速ICP方法，包括以下步骤：
[0009] 输入：激光雷达原始点云数据
【主权项】
1. 一种三维激光雷达点云匹配的快速ICP方法，其特征在于，包括以下步骤： 输入：激光雷达原始点云数据& =他;，ie[1..KJ，je[1..LJ，表 示模型点集； 激光雷达原始点云数据Rie[1..K。]，je[1..L。]，表示当前 点集； 其中，C表示Rs的第i行的第j条（列）射线（s=m或c)，Ks为射线行数，Ls 为每行射线数，K"'表示第i行第j(列）射线测量距离，€'表示第i行射线的方向， 我+-，<表示第j列射线的方向，< +(j-fT;分别表示 行、列方向角度偏移，分别表示行、列方向角度分辨率； 输出：点云数据R。相对于点云数据Rm的齐次变换T; 步骤1 :计算模型点集Rm的平面直角坐标表示Pm 其中忒
步骤2:计算点集R。的平面直角坐标表示P。； 其中，
步骤3 :初始化迭代次数k= 0,if1 =g，TQ= 14X4，误差阈值t; 步骤4:计算中的点在Pm中的最近点及其距离（]^，：^，化")，/￡[1..&.]，7>[1..4];其 中n,rf表示/f]中第（i，j)点在pm中的最近点编号，其距离为贫' 步骤5:利用奇异值分解方法计算配准及误差： (T"dl；) =R{{P：； [ 步骤6:应用配准，/f+1] = 7；,(/^)， 步骤7 :如果dH-dft，则停止迭代，输出Tk，否则，k=k+1，转步骤4。
2. 根据权利要求1所述的三维激光雷达点云匹配的快速ICP方法，其特征在于，所述步 骤4的具体过程如下： (4.1) 对于#冲的每一个点(#，#，#)，计算其方向#=3!^11(乂'7_/1:>7_)
(4.2) 计算（心，#)方向在Pm中最近点编号（r丨,rf)及距离；
(4.3)根据距离阈值选择用于配准的点集!(i，./).(n，「/[，/_rsd,a。
【专利摘要】本发明公开了一种三维激光雷达点云匹配的快速ICP方法，针对三维激光雷达原始点云数据的特点，在极坐标系下快速地计算两个点云之间的最近点方法。该方法提高了三维激光雷达点云配准的速度。使得三维激光雷达原始点云数据配准速度大幅度提高，即将时间复杂度从经典ICP方法的O(DNcNm)降为O(DNc)，其中，Nc为当前点云数据个数，Nm为模型点集数据个数。
【IPC分类】G06F19-00
【公开号】CN104615880
【申请号】CN201510050356
【发明人】段琢华, 梁瑞仕, 马慧, 邹昆
【申请人】电子科技大学中山学院
【公开日】2015年5月13日
【申请日】2015年1月31日