[发明专利]一种快速三维点云搜索匹配方法

摘要

一种快速三维点云搜索配准方法包括：主轴配准、测量轴生成、低精度搜索、高精度搜索及一次迭代结果生成。主轴配准环节负责定义点云方向并完成初始配准；测量轴生成环节为动点云提供当次迭代中的搜索范围；低精度搜索采用遍历的方法在当前测量轴上寻找动点云的最佳配准姿态；高精度搜索负责在低精度搜索的基础上以更小的步长搜索位置误差得到更好的最佳配准姿态；一次迭代结果生成环节负责根据各个位置上的测量结果生成一次迭代的最终结果。本发明从点云几何形状入手，通过两点云间的相互移动、旋转完成不同精度下的遍历搜索，找到最佳匹配位置，算法容错性好，适合任何三维数字化仪获取三维点云的搜索匹配。

主权项

一种快速三维点云搜索配准方法，其特征在于实现步骤如下：(1)在二点云几何中心点重合的情况下，定义二点云中距离各自几何中心点距离，即原点距离最远点为点云方向，此最远点与几何中心点的连线为点云主轴，将动点云主轴与静点云主轴拟合在一起，完成二待配准点云主轴的拟合；(2)以二点云几何中心点为起始点，以动点云主轴为方向，生成与动点云主轴重合的测量中心轴，并保证测量中心轴方向与动点云主轴方向一致，在该测量中心轴四周均匀分布4个测量边轴，保证4个测量边轴与测量中心轴夹角一致；在第一次迭代中，4条测量边轴与中心轴的夹角称为测量轴初始夹角α0，在除首次迭代外的其余迭代环节，引入夹角缩减率k∈(0，1)，使得第n次迭代的中心轴与边轴夹角满足条件αn＝α0×k(n-1)，随着迭代步数的增加，边轴与中心轴的夹角逐渐缩小，使得搜索范围减小，提高搜索精度；(3)使动点云主轴与上述5条测量轴分别重合，在每一个重合位置，动点云围绕当前测量轴旋转360°，进行低精度搜索，在此过程中，以1°为步长，在共记360个配准位置上分别计算与静点云的配准误差，并记录，完成搜索后，以最小误差作为本次低精度搜索的结果；(4)以低精度搜索的最终结果为基础，在±1°的范围内以更小的步长进行高精度搜索，动点云在每一个配准位置上测量其与静点云的配准误差，寻找其中最小值作为动点云在当前测量轴上的最终配准结果；(5)使动点云主轴分别与5条测量轴相重合，并在每个位置上分别执行上述步骤(3)、(4)中所述低精度搜索与高精度搜索步骤，获得每条测量轴上的最佳配准位置，每个位置附带一个配准误差，从5个误差中选取最小值，该最小值对应的配准位置成为本次迭代动、静点云最佳配准位置。