密集点云模型快速精确配准方法

摘要

本发明公开了一种密集点云模型快速精确配准方法，通过对齐的方法实现涡轮叶片密集点云模型和CAD模型的初始配准；对得到的初始配准点云数据进行适当的简化，计算SVD_ICP算法中每步迭代的旋转矩阵和平移矩阵，最终采用SVD_ICP算法实现控制点集{P}和CAD模型的精确配准。本发明在实现点云模型与CAD模型预配准的前提下，通过对密集点云数据进行简化，以简化后的数据作为配准控制点集，在SVD_ICP算法的基础上计算求得总的旋转矩阵和平移矩阵，然后把求得的总变换矩阵应用于简化前的原始密集点云，实现其与CAD模型的快速配准，兼顾了配准精度和配准速度。

主权项

1.一种密集点云模型快速精确配准方法，其特征在于包括下述步骤：步骤1分别选取测量点云模型与CAD模型上任意三组对应点对(P₁，Q₁)，(P₂，Q₂)，(P₃，Q₃)，其中P₁，P₂，P₃不在同一平面；令作矢量v₃和w₃，作矢量矢量v₂和w₂，v₁、v₂和v₃构成正交坐标系，表示为单位矢量同理得测量点云模型中的任一点P_i变换到CAD模型上对应点Q_i的关系式为：Q_i＝RP_i+T，其中R＝[w][v]^-1，T＝Q₁-[w][v]^-1P₁；步骤2利用均匀采样法将步骤1得到的密集点云模型简化至10000-50000个点，以简化后的点云作为控制点集{P}，寻找CAD模型上与之对应的点集{P’}；步骤3以步骤2得到的控制点集{P}作为配准控制点集，计算SVD_ICP算法中每步迭代的旋转矩阵和平移矩阵：1)利用公式和求取两点集{P}和{P’}的质心p和p’；2)根据公式q_i＝p_i-p和q′_i＝p′_i-p′计算两点集{P}和{P’}中每个点相对于其质心的位移；3)根据公式求取矩阵H，并由公式H＝UΛV^T对矩阵H进行奇异值分解，其中U为H的左奇异矩阵，V为H的右奇异矩阵，二者均为3×3的正交矩阵；4)根据公式R＝VU^T和T＝p′-Rp计算第i步迭代的旋转矩阵R_i和平移矩阵T_i；步骤4采用SVD_ICP算法实现控制点集{P}和CAD模型的精确配准，方法如下：根据步骤3求得每迭代一次的旋转矩阵R_i和平移矩阵T_i，从而利用公式R_z＝R_i*R_i-1*.....*R₁和T_z＝R_i*T_i-1+T’_i求得控制点集{P}相对于CAD模型总的旋转矩阵R_z和平移矩阵T_z，其中R_z是3×3的矩阵，T_z是3×1的矩阵；由公式Q_i＝R_zP_i+T_z，其中P_i为点云模型中的任一点，Q_i为变换后与P_i对应的点；把R_z和T_z应用于简化前的原始点云模型，实现其与CAD模型的快速精确配准。