一种二维轮廓快速配准方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN104657990A(43)申请公布日2015.05.27(21)申请号201510064048.3(22)申请日2015.02.06(71)申请人北京航空航天大学地址100191北京市海淀区学院路37号(72)发明人宁涛陈志同黄方(74)专利代理机构北京慧泉知识产权代理有限公司11232代理人王顺荣唐爱华(51)Int.Cl.G06T7/00(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图2页(54)发明名称一种二维轮廓快速配准方法(57)摘要一种二维轮廓快速配准方法，它有六大步骤：步骤一、设定参考数据集和目标数据集；步骤二、对目标数据集中的每个点，在参考数据集中寻一个与之对应的最短距离的点；步骤三、建立匹配目标函数；步骤四、对目标函数进行优化，求出目标函数最优解，得到新的目标数据集；步骤五、进行误差分析计算，若满足误差条件或达到最大迭代次数则转至步骤六，否则，转至步骤二；步骤六、在得到最优匹配关系后，根据该匹配关系输出误差分析报告，实现了二维轮廓的快速配准。本发明提出了一种二维轮廓快速配准方法来实现ICP算法，该方法高效、稳定地实现曲线轮廓配准，本发明广泛应用于加工后工件的测量和检测、表面的重建、三维物体的识别、相机标定等。CN104657990ACN104657990A权利要求书1/1页1.一种二维轮廓快速配准方法，其特征在于：它包括以下步骤：步骤一、设定参考数据集和目标数据集；步骤二、对目标数据集中的每个点，在参考数据集中寻一个与之对应的最短距离的点；步骤三、建立匹配目标函数；步骤四、对目标函数进行优化，求出目标函数最优解，得到新的目标数据集；步骤五、进行误差分析计算，若满足误差条件或达到最大迭代次数则转至步骤六，否则，转至步骤二；步骤六、在得到最优匹配关系后，根据该匹配关系输出误差分析报告，实现了二维轮廓的快速配准。2.根据权利要求1所述的一种二维轮廓快速配准方法，其特征在于：在步骤一中所述“参考数据集”是指二维参考数据点集，“目标数据集”是指二维测量点串，是实际的测量值。3.根据权利要求1所述的一种二维轮廓快速配准方法，其特征在于：在步骤二中所述的“最短距离”是指通过逐点求出每一个目标数据点在参考数据点集中所对应的最短距离点,使每一个目标数据点有一个参考数据点与之对应，其对应关系不知道，但假设存在着一个对应关系，这个关系类似于刚体的旋转和平移变换关系，因此，只需解出旋转矩阵和平移向量，就能得到这个变换关系。4.根据权利要求1所述的一种二维轮廓快速配准方法，其特征在于：在步骤三中所述的“建立匹配目标函数”，该“匹配目标函数”是指假设存在一个目标数据点集和参考数据点集对应关系，这个对应关系相当于刚体旋转和平移运动，即是测量点串与曲线轮廓配准关系；所述“建立匹配目标函数”，其做法是基于这样的对应关系按照最小二乘法原则建立匹配目标函数。5.根据权利要求1所述的一种二维轮廓快速配准方法，其特征在于：在步骤四中所述“对目标函数进行优化”是指求出使目标函数值最小时的匹配关系，然后根据这个关系进行“刚体变换”得到新的目标数据点集，当然，仅一次而得到的变换关系通常是不能满足误差要求的，需要将变换后得到的新的目标数据点集作为下次迭代的目标数据点集，重复以上步骤，这正是所谓的迭代最近点算法。6.根据权利要求1所述的一种二维轮廓快速配准方法，其特征在于：在步骤五中根据步骤四所得到的新的目标数据点集，进行误差分析计算，若满足误差要求或达到最大迭代次数，则转至步骤六，否则重复以上步骤直到迭代结束。2CN104657990A说明书1/4页一种二维轮廓快速配准方法技术领域[0001]本发明涉及一种二维(2D)轮廓快速配准方法，尤其涉及到曲线轮廓快速、高效、稳定的配准。本发明属于计算机应用技术领域。背景技术[0002]迭代最近点算法(IterativeClosestPoint，ICP)是美国学者Besl和Mckay在1992年针对点集数据配准问题而提出的一种基于自由形态曲面的配准方法。该算法是在已知两个点集和一个初始化假设对应关系的基础上，利用对应点集配准技术进行配准，不断迭代和最小化对应点配准误差的算法。与对应点集之间的配准方法相比，ICP算法的最大优势在于它不需要知道两个点集之间的确切对应关系，而是基于一个假设的对应关系开始迭代运算，最终找到一个优化的对应关系和一个优化的配准结果。ICP算法适合于无法获知点集对应关系时的配准问题。经典ICP算法的实现要用到四元数法和求取矩阵最大的特征值以及最大特征值对应的特征向量算法，无论采用何种方法求解ICP算法的目标函数，都需要考虑求解的准确性和收敛速度。[0003]现有技术中，ICP算法的实现有多种，如奇异值分解法、四元素法、正交