[发明专利]一种结合旋转平台和ICP的点云配准方法

权利要求书

1.一种结合旋转平台和ICP的点云配准方法，其特征在于，包括以下步骤:

S1、获取旋转平台上的平面点云和原始待配准点云；

S2、对旋转平台上的平面点云进行处理，获得对应的旋转矩阵；

S3、基于旋转矩阵，对原始待配准点云进行粗配准；

S4、将粗配准后的点云作为点云初始位置，通过ICP配准算法对粗配准后的点云进行精配准；

S5、基于精配准后的点云，进行多幅点云的逐步配准，获得完整的点云模型，进而实现点云配准。

2.根据权利要求1所述的结合旋转平台和ICP的点云配准方法，其特征在于，所述步骤S2具体为：

S21、确定旋转平台中心点的三维坐标；

S22、对旋转平台上的平面点云进行点云修正误差处理；

S23、对修正误差处理后的平面点云进行平面拟合，并确定平面法向量；

S24、根据旋转平台中心点的三维坐标和平面法向量，确定旋转平台的旋转参数；

S25、根据旋转平台的旋转参数，计算出对应的旋转矩阵。

3.根据权利要求1所述的结合旋转平台和ICP的点云配准方法，其特征在于，所述步骤S22中通过对旋转平台上的平面点云进行双边平滑滤波处理，实现修正点云误差。

4.根据权利要求2所述的结合旋转平台和ICP的点云配准方法，其特征在于，所述步骤S23具体为：

设修正误差后的平面点云满足的平面方程为ax+by+cz+d＝0，在重建的平面点云上抽取m个点代入平面方程，当m4时，得到平面方程中参数a,b,c和d的最小二乘解，进而得到此时的平面法向量为：

式中，N_x,N_y,N_z分别平面法向量的x轴、y轴和z轴坐标。

5.根据权利要求2所述的结合旋转平台和ICP的点云配准方法，其特征在于，所述步骤S24中的旋转参数包括旋转平台的旋转轴位置和旋转角度。

6.根据权利要求5所述的结合旋转平台和ICP的点云配准方法，其特征在于，所述步骤S24中的旋转角度为：重建各个角度的点云时，旋转平台对应的旋转角度；

所述旋转轴为经过旋转平台的圆盘圆心且方向向量为平面法向量的直线，所述圆盘圆心坐标为：

式中，M为圆盘表面的点云总数；

(x_i,y_i,z_i)为旋转平台上的点云第i个点的坐标值。

7.根据权利要求1所述的结合旋转平台和ICP的点云配准方法，其特征在于，所述步骤S3具体为：

将旋转矩阵应用于原始待配准点云中的每一个点，使旋转矩阵对应的平面点云和原始待配准点云的重叠部分对齐，实现原始待配准点云的粗配准；

其中，将旋转矩阵应用与原始带配准点云中的每一个点的方法为：将旋转矩阵与原始待配准点云中的每个点的坐标相乘，得到粗配准后的点为：

式中，(X₁,Y₁,Z₁)为配准后点云中点的坐标；

(X₀,Y₀,Z₀)为配准前点云中点的坐标；

(X_S,Y_S,Z_S)为旋转平台圆心坐标；

R(N,θ)为旋转矩阵，N为旋转平台法向量，θ为旋转角度。

8.根据权利要求1所述的结合旋转平台和ICP的点云配准方法，其特征在于，所述步骤S4具体为：

以粗配准后的点云作为初始位置，对于粗配准后点云中的每个点在参考点云中寻找与之距离最近的点，并不断迭代求解使对应点对间的距离和最小的变换矩阵，实现点云的精配准；

其中，粗配准后的点云中的任意一个点和参考点云中与之距离最近的点作为一组对应点对。