一种基于旋转台的多视角点云自主配准方法及应用.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115147463A(43)申请公布日2022.10.04(21)申请号202210350267.8(22)申请日2022.04.04(71)申请人浙江农林大学地址311300浙江省杭州市临安区武肃街666号(72)发明人杨婷婷徐爱俊叶俊华周素茵(74)专利代理机构杭州创造力专利代理事务所(普通合伙)33332专利代理师冉国政(51)Int.Cl.G06T7/30(2017.01)G06T7/50(2017.01)G06T17/00(2006.01)权利要求书3页说明书14页附图7页(54)发明名称一种基于旋转台的多视角点云自主配准方法及应用(57)摘要本发明公开了一种基于旋转台的多视角点云自主配准方法及应用，包括以下步骤，采集模块采集目标图像；生成3D点云；确定旋转盘上带有不同颜色的标签数量，以及所述标签与所述旋转盘直径的比例；进行所述旋转盘的点云标定，得出所述旋转盘连续旋转前后点云片的刚性变换矩阵集R；将目标对象放置于所述旋转盘上，在相同条件下，将所述旋转盘有序旋转360°，所述目标对象与转盘点云片具有相同的变换矩阵集R，依次有序输入后完成目标点云自主配准。本发明的有益效果：仅需一次旋转盘标定，即可实现多个目标物的点云自主配准，大大提高了点云数据处理效率；二是基于特制旋转台实现点云配准方法不需经过多个坐标系的转换和角度计算，减少了累计误差。CN115147463ACN115147463A权利要求书1/3页1.一种基于旋转台的多视角点云自主配准方法，其特征在于：包括以下步骤，采集模块采集目标图像；图像工作模块利用所述目标图像，并根据彩色图像和深度图像的像素映射关系生成3D点云；确定旋转盘上带有不同颜色的标签数量，以及所述标签与所述旋转盘直径的比例；进行所述旋转盘的点云标定，得出所述旋转盘连续旋转前后点云片的刚性变换矩阵集R；将目标对象放置于所述旋转盘上，在相同条件下，将所述旋转盘有序旋转360°，所述目+标对象与转盘点云片具有相同的变换矩阵集R＝{R1,R2,...,Rn；n∈Z}，依次有序输入后完成目标点云自主配准；配准后经过点云去噪、裁剪后得到完整的所述目标对象的三维重建模型。2.如权利要求1所述的基于旋转台的多视角点云自主配准方法，其特征在于：所述旋转盘的点云标定包括以下步骤，将带有标签的旋转盘按一定角度m有序旋转360°，得到n+1个连续的待配准点云片PC，+即PC＝{PC1,PC2,PC3,...,PCn+1,n∈Z}；根据感兴趣区对点云集进行去噪、裁剪的处理；基于颜色阈值分别识别出每个点云片中标签的中心坐标；将相邻两个点云片中至少3个特征点对进行两两匹配，得到刚性变换矩阵集R＝{R1,+R2,...,Rn；n∈Z}。3.如权利要求1所述的基于旋转台的多视角点云自主配准方法，其特征在于：所述旋转盘由精密的旋转台和带有不同颜色的圆形标签组成，当所述旋转台直径确定时，均匀分布6个标定标签，以及确定所述圆形标签与所述旋转盘的直径比例为5:1。4.如权利要求1所述的基于旋转台的多视角点云自主配准方法，其特征在于：所述彩色图像和深度图像的像素映射关系如下式(1)、(2)、(3)，Tir2rgb＝Trgb‑Rir2rgb*Tir(3)其中Zrgb*prgb为彩色相机的映射，Zir*pir为红外相机的映射，Rrgb和Trgb为彩色相机外参，Rir和Tir为深度相机外参，彩色图像的像素坐标，为红外图像的像素坐标，为彩色相机内参矩阵，为红外相机内参矩阵。5.如权利要求1所述的基于旋转台的多视角点云自主配准方法，其特征在于：所述旋转2CN115147463A权利要求书2/3页盘的点云标定还包括以下步骤，将带有彩色圆形标签的旋转盘转至0°，获取初始点云片PC1；所述旋转盘旋转一定角度m后获取点云片PC2，依次有序旋转360°得到n+1个点云片；+令旋转盘的点云集为PCturntable＝{PC1,PC2,...,PCn+1；n∈Z}；基于颜色阈值获取相邻两个点云片的圆形标签区域点云坐标，并识别出完整标签的中心坐标；以PCn+1为参考点云片，PCn为配准点云片，相邻两个点云片中至少3个特征点对经过两两配准，得到刚性变换矩阵Rn；为提高点云配准精度，将n+1个点云片分成q个视图，再进行最后的点云片融合得到FPCturntable。6.如权利要求1所述的基于旋转台的多视角点云自主配准方法，其特征在于：所述目标对象的三维模型包括以下重建步骤，将带有目标对象的旋转盘在初始位置依次旋转相同的角度得到原始点云集PCobject＝+{PC1,PC2,...,PCn+1；n∈Z}；+按序输入变换矩阵集R＝{R1,R2,...,Rn；n∈Z}得到初配准后的点云集PC'object＝+{PC'1