[发明专利]一种基于标准球架的三维点云拼接方法

权利要求书

1.一种基于标准球架的三维点云拼接方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，固定测量设备组合的空间位置，使测量设备的测量视场内至少能够拍摄到三个标准球；

S2，测量设备测量球架上每个标准球的球面点云数据，拟合球面获得每个标准球的球心坐标，以此来建立球架坐标系；

S3，计算标准球点云的曲率，并提取标准球球面的点云；

S4，通过距离约束，分割出不同的球面，并建立球心距离矩阵，建立不同球的对应关系；

在分割出不同的球面之后，确定两片点云中来自同一个标准球的球面对应关系；

通过建立球心距离矩阵来寻找对应关系，球心距离矩阵M：

其中，n为拟合点个数；

矩阵M中的每个元素都是两个球心之间的距离，如果M矩阵的某一行和另一片点云球心距离矩阵的某一行有至少三个相等的元素，则该组数据对应的两个球来自同一个标准球；

S5，通过不同球的对应关系将球体中心对齐，完成对来自同一标准球的对应点云拼接；

S6，利用拟合的球心坐标和已知半径特征构造连续球面，通过迭代最近点算法完成球面点云精确拼接。

2.根据权利要求1所述的一种基于标准球架的三维点云拼接方法，其特征在于，测量设备为结构光测头或三坐标测量机。

3.根据权利要求1所述的一种基于标准球架的三维点云拼接方法，其特征在于，S6中，通过采用球面任意部分测量点拟合的方法计算球面中心，同时测量球体半径作为约束条件提高构造精度，然后根据球面的中心和半径来构造整个球面，球面方程为：

(x_si-x₀)²+(y_si-y₀)²+(z_si-z₀)²＝r²

式中：x_si,y_si,z_si为球上点的坐标，x₀,y₀,z₀为球心坐标，r为球的半径；

预先测量球面目标半径，将球体半径作为特征约束设为已知参数，通过最小化以下函数求解x₀,y₀,z₀；

r＝constant

式中：n为拟合点个数；

用任意一对球面中心和半径来构造一个完整的球面，构造的表面与其它测量点云具有重叠区域。

4.根据权利要求1所述的一种基于标准球架的三维点云拼接方法，其特征在于，S6中，通过迭代最近点算法完成球面点云精确拼接的具体方法如下：

利用求取的对应点对，通过四元数法求解旋转矩阵R和平移向量T，目标函数是：

或者，通过最小化下面的方程来求解：

式中：q_i为拼接点云中第i个拼接点，为虚拟重叠区域与其相对应的点，n_j为每个点云中配准点个数，m为目标个数，N为所有配准点的总数，||·||为欧式范数，ρ_j为第j个点云的权重，ρ_j的值是在[0,1]；

式中：u_j为第j个点云的目标拟合半径与其实际半径之间的偏差。