本發(fā)明涉及激光雷達的點云配準，具體涉及一種基于幾何一致性的激光點云二次特征匹配方法

背景技術：

1、激光雷達等傳感器在單次掃描中生成高精度的三維點云數(shù)據(jù)，可用于創(chuàng)建三維地圖、物體檢測與跟蹤等。在這些應用中，將不同位置或視角獲取的點云數(shù)據(jù)進行對齊的點云配準技術尤為重要。激光雷達的點云配準技術根據(jù)匹配對象的不同可分為點對點的直接匹配法和基于特征的特征匹配法。基于點對點的直接匹配方法有迭代最近鄰點的icp算法、通過正態(tài)分布來表示并配準點云的正態(tài)分布變換的ndt算法等?；谔卣鞯奶卣髌ヅ浞ㄊ褂锰卣黠@著的特征點、關鍵點等進行匹配，該方法相較于直接匹配法效率更高，但該方法對初始值敏感、易陷入局部最優(yōu)解，從而出現(xiàn)點云匹配錯誤的問題。同時點云數(shù)據(jù)存在噪聲和異常值，會影響配準的準確性。直接使用高精度的配準方式同樣會因為點云數(shù)據(jù)規(guī)模的龐大，使得配準過程的計算成本顯著增加，導致配準不及時。因此找到一種點云配準精度高，同時不會顯著增加計算成本的方法變得至關重要。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種基于幾何一致性的激光點云二次特征匹配方法，基于幾何一致性的點云配準方法，來提高點云配準的精確性。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種基于幾何一致性的激光點云二次特征匹配方法，包括下列步驟：

3、步驟1：基于kd-tree的最鄰近激光點匹配方法配準前后幀激光點云；

4、步驟2：基于配準關系構建特征關聯(lián)圖，將各特征點與最近鄰特征相關聯(lián)，利用特征關聯(lián)圖計算殘差值；

5、步驟3：基于高斯牛頓法最小化加權殘差和求解點云初始變換；

6、步驟4：點云初始變換應用于原始點云，獲得變換后點云，重新計算特征關聯(lián)圖殘差參數(shù)；

7、步驟5：基于幾何一致性思想，對比前后特征關聯(lián)圖中殘差參數(shù)變化情況，剔除不可靠點云，獲得精確的激光點云配準關系。

8、可選的，在步驟1的執(zhí)行過程中，首先將前后兩幀點云利用平滑度計算公式區(qū)分不同類型的特征點，包括：平面點與邊緣點，具體公式如下：

9、

10、其中，表示第 i個點的曲率，表示需要計算曲率點的距離值，表示在點周邊10個點的距離值，為常數(shù)。

11、可選的，為進一步加速計算，使用如下公式代替平滑度公式用作區(qū)分特征點：

12、

13、使用高效率的最鄰近查找算法kd-tree算法初步快速配準區(qū)分后前后幀激光點云，將平面點與平面點，邊緣點與邊緣點相互對應。

14、可選的，在步驟2的執(zhí)行過程中，利用粗匹配的配準關系通過特征殘差計算公式計算相對應的殘差值，將匹配關系與對應殘差值相關聯(lián)，構建特征關聯(lián)圖，具體公式如下：

15、

16、其中，、分別是平面點與邊緣點的殘差值，、、、均為平面點和邊緣點到各自特征所組成的線的距離。

17、可選的，在步驟3的執(zhí)行過程中，利用優(yōu)化算法高斯牛頓法最小化各殘差之和，求得特征點云位姿變換，具體公式如下：

18、

19、其中，表示總位姿變化，表示旋轉矩陣，表示平移矩陣。

20、可選的，在步驟4的執(zhí)行過程中，將權利要求4中計算的點云位姿變換應用與初始點云中，獲得變換后點云，重新利用權利要求3中得殘差計算公式，計算變換后得特征關聯(lián)圖中對應殘差值。

21、可選的，在步驟5的執(zhí)行過程中，利用幾何一致性思想，定義激光點云為剛性變換，比較計算新殘差值與粗匹配獲得得原殘差值變換情況，大部分點云為殘差值減小的一致性變化，剔除小部分殘差值增大的非一致特征匹配對，獲得更準確的激光點云特征匹配對。

22、本發(fā)明提供了一種基于幾何一致性的激光點云二次特征匹配方法，基于kd-tree的最鄰近激光點匹配方法配準前后幀激光點云；再基于配準關系構建特征關聯(lián)圖，將各特征點與最近鄰特征相關聯(lián)，利用特征關聯(lián)圖計算殘差值；接著基于高斯牛頓法最小化加權殘差和求解點云初始變換；然后點云初始變換應用于原始點云，獲得變換后點云，重新計算特征關聯(lián)圖殘差參數(shù)；最后基于幾何一致性思想，對比前后特征關聯(lián)圖中殘差參數(shù)變化情況，剔除不可靠點云，獲得精確的激光點云配準關系。

技術特征：

1.一種基于幾何一致性的激光點云二次特征匹配方法，其特征在于，包括下列步驟：

2.如權利要求1所述的基于幾何一致性的激光點云二次特征匹配方法，其特征在于，

3.如權利要求1所述的基于幾何一致性的激光點云二次特征匹配方法，其特征在于，

4.如權利要求1所述的基于幾何一致性的激光點云二次特征匹配方法，其特征在于，

5.如權利要求1所述的基于幾何一致性的激光點云二次特征匹配方法，其特征在于，

6.如權利要求1所述的基于幾何一致性的激光點云二次特征匹配方法，其特征在于，

技術總結
本發(fā)明公開了一種基于幾何一致性的激光點云二次特征匹配方法，包括如下步驟：基于KD?Tree的最鄰近激光點匹配方法配準前后幀激光點云；再基于配準關系構建特征關聯(lián)圖，將各特征點與最近鄰特征相關聯(lián)，利用特征關聯(lián)圖計算殘差值；接著基于高斯牛頓法最小化加權殘差和求解點云初始變換；隨后將點云初始變換應用于原始點云，獲得變換后點云，重新計算特征關聯(lián)圖殘差參數(shù)；最后基于幾何一致性思想，對比前后特征關聯(lián)圖中殘差參數(shù)變化情況，剔除不可靠點云，獲得精確的激光點云配準關系。

技術研發(fā)人員：劉建偉,王彬豪,匡兵,李雨微,景暉
受保護的技術使用者：桂林電子科技大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/1/9