事先對轉(zhuǎn)臺軸線進行測量且對轉(zhuǎn) 臺精度要求一般，具有較好的易用性與較低的成本。
[0187] 另一方面通過從強度圖像中識別轉(zhuǎn)臺上的標記點并結(jié)合粗配準三維點云獲得標 記點點云，該過程無需額外相機與額外光源就可較為準確地完成標記點識別，具有較強的 魯棒性與較低的成本。
[0188] 最后利用局部逐漸配準的方法完成各視角標記點點云的配準，并最終將其配準結(jié) 果應用于被測物點云完成配準，由于標記點點云中包含若干標記點，能夠有效減小隨機誤 差的影響，也具有較強的魯棒性與較好的準確性。
【主權(quán)項】
1. 一種適用于ToF相機的三維點云自動配準方法，其特征在于，所述方法包括以下步 驟： 1) 將被測物（4)放置于轉(zhuǎn)臺（1)中心，轉(zhuǎn)臺（1)上表面鋪有漫反射材料（2)，漫反射材 料⑵上間隔設有圓形標記點（3)，調(diào)節(jié)ToF相機（5)的視角朝向轉(zhuǎn)臺⑴中心的被測物 ⑷； 2) 從ToF相機（5)采集數(shù)據(jù)，獲得原始點云(；和原始強度圖像G1,i表示采集次數(shù)的 序數(shù)； 3) 對原始點云C1和原始強度圖像Gi進行處理得到粗配準被測物點云CWSi和標記點點 云CffMi; 4) 使轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)角度，轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動的角度為： 0 = 360/ (2X3n) = 180/3n,n=I, 2, 3... 其中，n表示轉(zhuǎn)動參數(shù)，n為固定值； 5) 如果轉(zhuǎn)臺累計轉(zhuǎn)過角度達到一圈，則繼續(xù)以下步驟；如果轉(zhuǎn)臺累計轉(zhuǎn)過角度未達到 一圈，則返回步驟2)再次進行采集數(shù)據(jù)計算，每次采集轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動的角度相同； 6) 采用配準方法配準各次處理得到的標記點點云CffM1獲得各自的精配準變換矩陣 TM1; 7) 使用精配準變換矩陣TM1對各自對應的粗配準被測物點云CWS1進行變換，即得到精 配準被測物點云CWST1，實現(xiàn)被測物三維點云的配準。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于ToF相機的三維點云自動配準方法，其特征在于： 所述步驟3)對原始點云C1和原始強度圖像Gi進行處理得到粗配準被測物點云CWSi和標 記點點云CffM1具體為： 3. 1)從原始點云(^中識別出轉(zhuǎn)臺并獲得轉(zhuǎn)臺內(nèi)點、轉(zhuǎn)臺中心與轉(zhuǎn)臺法向； 3. 2)計算原始點云C1的粗配準變換矩陣T1; 3. 3)使用粗配準變換矩陣T1對原始點云C1進行變換，得到粗配準點云CW1; 3. 4)根據(jù)已知數(shù)據(jù)對粗配準點云CW1進行背景分割，得到粗配準被測物點云CWS1; 3. 5)根據(jù)原始點云C1中各點與原始強度圖像61中各像素的對應關系，結(jié)合轉(zhuǎn)臺內(nèi)點， 從原始強度圖像G1*摳取出轉(zhuǎn)臺強度圖像GP1; 3.6)在轉(zhuǎn)臺強度圖像GP1*識別出各圓形標記點（3)的中心，根據(jù)上述對應關系，結(jié)合 粗配準點云CWi,用雙線性內(nèi)插法求得各圓形標記點（3)中心的三維坐標，得到標記點點云 CffMl03.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種適用于ToF相機的三維點云自動配準方法，其特征在于： 所述步驟3. 1)中從原始點云(^中識別出轉(zhuǎn)臺并獲得轉(zhuǎn)臺內(nèi)點、轉(zhuǎn)臺中心與轉(zhuǎn)臺法向具體 包括： 3.I. 1)對原始點云C1進行多平面擬合獲得所有平面及各平面的內(nèi)點； 3. 1. 2)對于每一平面，將其內(nèi)點投影到該平面上，計算所有投影點的凸包； 3. 1. 3)對于每一凸包，取其上的所有點，用最小二乘法擬合圓； 3. 1. 4)篩選出擬合度達到圓擬合度閾值的擬合結(jié)果； 3. 1.5)從篩選出的擬合結(jié)果中選取擬合半徑最接近轉(zhuǎn)臺半徑的擬合數(shù)據(jù)，獲得轉(zhuǎn)臺內(nèi) 點、轉(zhuǎn)臺中心與轉(zhuǎn)臺法向。4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種適用于ToF相機的三維點云自動配準方法，其特征在于： 所述步驟3. 2)中計算原始點云C1的粗配準變換矩陣T1具體包括： 3. 2. 1)計算原始點云Ci變換到轉(zhuǎn)臺中心坐標系Ot的轉(zhuǎn)臺中心變換矩陣Ta，轉(zhuǎn)臺中心 坐標系Ot是以轉(zhuǎn)臺中心為原點，轉(zhuǎn)臺法向為Z軸方向，轉(zhuǎn)臺中心指向視點的矢量在轉(zhuǎn)臺平 面上的投影方向為Y軸方向； 3. 2. 2)計算繞轉(zhuǎn)臺中心坐標系(\的Z軸向轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)相反方向轉(zhuǎn)過轉(zhuǎn)臺所累計轉(zhuǎn)角的 轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)變換矩陣Tb; 3. 2. 3)將轉(zhuǎn)臺中心變換矩陣Ta與轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)變換矩陣Tb相乘得到粗配準變換矩陣Ti=TaXTbo5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種適用于ToF相機的三維點云自動配準方法，其特征在于： 所述步驟3. 4)中，已知數(shù)據(jù)是指Z軸分割的起止范圍以及轉(zhuǎn)臺半徑；所述背景分割具體是 在粗配準點云CW1的轉(zhuǎn)臺上方建立一個圓柱形區(qū)域，并選取圓柱形區(qū)域內(nèi)部的所有點作為 粗配準被測物點云CWS1，圓柱形區(qū)域的圓柱軸線與粗配準點云CW1所在坐標系的Z軸重合， 圓柱形區(qū)域的半徑為轉(zhuǎn)臺半徑，圓柱形區(qū)域的高度方向起止范圍作為Z軸分割的起止范 圍。6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種適用于ToF相機的三維點云自動配準方法，其特征在于： 所述步驟3. 6)中在轉(zhuǎn)臺強度圖像GP1*識別出各圓形標記點（3)的中心具體包括： 3. 6. 1)使用Canny計算方法獲得轉(zhuǎn)臺強度圖像GP1的邊緣，分割不連通的邊緣； 3. 6. 2)對于每一邊緣進行橢圓擬合，篩選出擬合度達到橢圓擬合度閾值、長短軸分別 處于長軸值域內(nèi)和短軸值域內(nèi)的橢圓作為圓形標記點（3)，橢圓中心作為圓形標記點（3) 的中心。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于ToF相機的三維點云自動配準方法，其特征在于： 所述步驟6)中配準方法具體包括： 6. 1)為每一幅標記點點云CffM1建立一個與之對應的迭代變換矩陣TL1，并將其初始化 為單位矩陣； 6. 2)將各幅標記點點云CffMjt為待處理點云，對待處理點云進行處理，得到前最終點 云Cx與后最終點云CY; 6. 3)以前最終點云Cx為目標點云，以后最終點云CY為源點云，進行ICP配準，得到最 終變換矩陣Ty; 6. 4)將最終變換矩陣Ty分別累乘到組成后最終點云Cy的各幅標記點點云CffM1K對應 的迭代變換矩陣TL1中，獲得所有精配準變換矩陣TM1<38. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種適用于ToF相機的三維點云自動配準方法，其特征在于： 所述步驟6. 2)中對待處理點云進行處理具體包括： 6. 2. 1)對于各幅待處理點云，按采集的順序?qū)⒚肯噜彽娜c云分為一組，對各組點 云進行處理，每組各得到一幅點云； 6. 2. 2)將各組得到的點云作為待處理點云，重復上述步驟6. 2. 1)再進行處理，直到得 到僅剩的兩幅最終點75：，以米集順序在前的點75：為前最終點75：Cx，米集順序在后的點75：為 后最終點云Cy。9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種適用于ToF相機的三維點云自動配準方法，其特征在于： 所述步驟6. 2. 1)中對各組點云進行處理具體包括： 6. 2. I. 1)對于每組中的三幅點云，以采集順序在中的中待處理點云Cb為目標點云，以 采集順序在前的前待處理點云Ca和采集順序在后的后待處理點云CeS源點云，分別進行 ICP配準，得到前待處理點云Ca、后待處理點云Ce分別配準到中待處理點云C B的前變換矩 陣Ta和后變換矩陣T 6. 2. 1. 2)將前變換矩陣Ta分別累乘到各幅組成前待處理點云Ca的標記點點云CffM1K 對應的迭代變換矩陣TL1中；將后變換矩陣T e分別累乘到各幅組成后待處理點云C e的標記 點點云CffM1K對應的迭代變換矩陣TL i中； 6. 2. 1. 3)分別使用前變換矩陣Ta和后變換矩陣T c對前待處理點云Ca、后待處理點云 Cc進行變換，將變換后的兩幅點云與中待處理點云Cb合并為一幅點云。10.用于實施權(quán)利要求1所述方法的一種適用于ToF相機的三維點云自動配準系統(tǒng)， 其特征在于：包括可控轉(zhuǎn)臺（1)、漫反射材料（2)、圓形標記點（3)、ToF相機（5)和計算機 (6)，漫反射材料（2)鋪粘在轉(zhuǎn)臺（1)上表面，漫反射材料（2)上間隔設有圓形標記點（3)， 任意兩個圓形標記點（3)之間有間距；ToF相機（5)和可控轉(zhuǎn)臺（1)均與計算機（6)相連 接，ToF相機（5)朝向轉(zhuǎn)臺⑴中心，可控轉(zhuǎn)臺⑴由計算機（6)控制旋轉(zhuǎn)角度，ToF相機 (5)由計算機（6)控制拍攝并向計算機（6)傳輸數(shù)據(jù)。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種適用于ToF相機的三維點云自動配準方法及系統(tǒng)。系統(tǒng)包括漫反射材料鋪粘在轉(zhuǎn)臺上表面，漫反射材料上間隔設有圓形標記點，ToF相機和可控轉(zhuǎn)臺均與計算機相連接。通過ToF相機采集數(shù)據(jù)，從三維點云中識別轉(zhuǎn)臺并結(jié)合轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)角對三維點云進行粗配準，同時通過背景分割獲得被測物點云，再通過從強度圖像中識別轉(zhuǎn)臺上的標記點并結(jié)合粗配準三維點云獲得標記點點云，而后再利用局部逐漸配準的方法完成各視角標記點點云的配準，最后將標記點點云的配準結(jié)果應用于被測物點云，完成配準過程。本發(fā)明相比現(xiàn)有技術具有準確性好、魯棒性強、易用性佳、成本相對較低的優(yōu)點，并且應用廣泛。
【IPC分類】G01B11/24
【公開號】CN105180830
【申請?zhí)枴緾N201510627451
【發(fā)明人】蔣煥煜, 胡楊, 吳茜
【申請人】浙江大學
【公開日】2015年12月23日
【申請日】2015年9月28日