點(diǎn)云拼接系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種點(diǎn)云處理技術(shù)，尤其涉及一種點(diǎn)云拼接系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 結(jié)構(gòu)光三維掃描儀單次掃描只能得到單面的點(diǎn)云，多次從不同角度掃描一個(gè)物體 后會(huì)得到不同視角的點(diǎn)云。將它們拼接在一起，就可以得到一個(gè)該物體完整的點(diǎn)云?，F(xiàn)有 的點(diǎn)云拼接方法主要是通過粘貼標(biāo)志點(diǎn)進(jìn)行匹配，然后用求取不同視角的轉(zhuǎn)換矩陣進(jìn)行拼 接，然而粘貼標(biāo)志點(diǎn)有很多不方便的地方，如操作麻煩、在物體表面會(huì)造成孔洞等，如此一 來，降低了點(diǎn)云拼接的效率，且破壞了物體的完整性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 鑒于以上內(nèi)容，有必要提供一種點(diǎn)云拼接系統(tǒng)，其可以不需要粘貼標(biāo)志點(diǎn)，同樣可 以進(jìn)行點(diǎn)云拼接，如此一來，提高了點(diǎn)云拼接的效率，且避免了因?yàn)辄c(diǎn)云拼接而在物體表面 造成的空洞，保護(hù)了物體表面的完整性。
[0004] 還有必要提供一種點(diǎn)云拼接方法，其可以不需要粘貼標(biāo)志點(diǎn)，同樣可以進(jìn)行點(diǎn)云 拼接，如此一來，提高了點(diǎn)云拼接的效率，且避免了因?yàn)辄c(diǎn)云拼接而在物體表面造成的空 洞，保護(hù)了物體表面的完整性。
[0005] -種點(diǎn)云拼接系統(tǒng)，該系統(tǒng)運(yùn)行于主機(jī)中，該系統(tǒng)包括：獲取模塊，用于從主機(jī)中 獲取需要拼接的點(diǎn)云，每個(gè)點(diǎn)云所對(duì)應(yīng)的圖片及標(biāo)定參數(shù)；計(jì)算模塊，用于對(duì)每張圖片進(jìn)行 濾波處理，并通過Canny算子計(jì)算出每張圖片的邊緣，選擇曲率局部極大值點(diǎn)作為候選值 點(diǎn)，初步計(jì)算出每張圖片的曲率尺度空間角點(diǎn)；所述計(jì)算模塊，還用于根據(jù)初步計(jì)算的曲率 尺度空間角點(diǎn)，通過邊緣梯度和插值的方法，得到每張圖片的亞像素角點(diǎn)；轉(zhuǎn)換模塊，用于 將每張圖片的亞像素角點(diǎn)根據(jù)標(biāo)定參數(shù)轉(zhuǎn)換為三維空間坐標(biāo)，通過歐式空間的不變性原理 進(jìn)行匹配亞像素角點(diǎn)，得到共同的角點(diǎn)；拼接模塊，用于通過共同的角點(diǎn)計(jì)算出不同視角的 轉(zhuǎn)換矩陣，將所有點(diǎn)云轉(zhuǎn)化到同一視角下，得到一個(gè)完整的點(diǎn)云，完成拼接。
[0006] -種點(diǎn)云拼接方法，該方法運(yùn)用于主機(jī)中，該方法包括如下步驟：從主機(jī)中獲取 需要拼接的點(diǎn)云，每個(gè)點(diǎn)云所對(duì)應(yīng)的圖片及標(biāo)定參數(shù)；對(duì)每張圖片進(jìn)行濾波處理，并通過 Canny算子計(jì)算出每張圖片的邊緣，選擇曲率局部極大值點(diǎn)作為候選值點(diǎn)，初步計(jì)算出每張 圖片的曲率尺度空間角點(diǎn)；根據(jù)初步計(jì)算的曲率尺度空間角點(diǎn)，通過邊緣梯度和插值的方 法，得到每張圖片的亞像素角點(diǎn)；將每張圖片的亞像素角點(diǎn)根據(jù)標(biāo)定參數(shù)轉(zhuǎn)換為三維空間 坐標(biāo)，通過歐式空間的不變性原理進(jìn)行匹配亞像素角點(diǎn)，得到共同的角點(diǎn)；通過共同的角點(diǎn) 計(jì)算出不同視角的轉(zhuǎn)換矩陣，將所有點(diǎn)云轉(zhuǎn)化到同一視角下，得到一個(gè)完整的點(diǎn)云，完成拼 接。
[0007] 相較于現(xiàn)有技術(shù)，所述的點(diǎn)云拼接系統(tǒng)及方法，其可以不需要粘貼標(biāo)志點(diǎn)，同樣可 以進(jìn)行點(diǎn)云拼接，如此一來，提高了點(diǎn)云拼接的效率，且避免了因?yàn)辄c(diǎn)云拼接而在物體表面 造成的空洞，保護(hù)了物體表面的完整性。
【附圖說明】
[0008] 圖1是本發(fā)明點(diǎn)云拼接系統(tǒng)較佳實(shí)施例的運(yùn)行環(huán)境示意圖。
[0009]圖2是本發(fā)明點(diǎn)云拼接系統(tǒng)較佳實(shí)施例的功能模塊圖。
[0010] 圖3是本發(fā)明點(diǎn)云拼接方法較佳實(shí)施例的作業(yè)流程圖。
[0011] 圖4是本發(fā)明亞像素角點(diǎn)計(jì)算過程的示意圖。
[0012] 主要元件符號(hào)說明
[0013]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種點(diǎn)云拼接系統(tǒng)，該系統(tǒng)運(yùn)行于主機(jī)中，其特征在于，該系統(tǒng)包括： 獲取模塊，用于從主機(jī)中獲取需要拼接的兩個(gè)或兩個(gè)以上的點(diǎn)云，每個(gè)點(diǎn)云所對(duì)應(yīng)的 圖片及標(biāo)定參數(shù)； 計(jì)算模塊，用于對(duì)每張圖片進(jìn)行濾波處理，并計(jì)算出每張圖片的邊緣，從每張圖片的邊 緣中選擇曲率局部極大值點(diǎn)作為候選值點(diǎn)，初步計(jì)算出每張圖片的曲率尺度空間角點(diǎn)； 所述計(jì)算模塊，還用于根據(jù)初步計(jì)算出的曲率尺度空間角點(diǎn)，通過邊緣梯度和插值的 方法，得到每張圖片的亞像素角點(diǎn)； 轉(zhuǎn)換模塊，用于將每張圖片的亞像素角點(diǎn)根據(jù)標(biāo)定參數(shù)轉(zhuǎn)換為三維空間坐標(biāo)，通過歐 式空間的不變性原理進(jìn)行匹配亞像素角點(diǎn)，得到共同的角點(diǎn)；及 拼接模塊，用于通過共同的角點(diǎn)計(jì)算出不同視角的轉(zhuǎn)換矩陣，將所有點(diǎn)云轉(zhuǎn)化到同一 視角下，得到一個(gè)完整的點(diǎn)云，完成所述兩個(gè)或兩個(gè)以上點(diǎn)云的拼接。
2. 如權(quán)利要求1所述的點(diǎn)云拼接系統(tǒng)，其特征在于，所述初步計(jì)算出每張圖片的曲率 尺度空間角點(diǎn)的方式如下： 通過Canny算子計(jì)算出每張圖片的邊緣，然后對(duì)邊緣表示成曲線r(u) = [x(u, 5)，Y(U,S)]，其中，x(u, 5)表示高斯濾波后的橫坐標(biāo)，Y(U, 5)表示高斯濾 波后的縱坐標(biāo)； 對(duì)曲線上的點(diǎn)計(jì)算曲率，選擇曲率局部極大值點(diǎn)作為候選值點(diǎn)，當(dāng)候選值點(diǎn)同時(shí)滿足 下面兩個(gè)條件時(shí)，確定該點(diǎn)為角點(diǎn)：條件一，大于閾值T，條件二，至少大于兩側(cè)相鄰的點(diǎn)曲 率極小值的兩倍；及 對(duì)于Canny算子提取出的曲線進(jìn)行填補(bǔ)，形成T型角點(diǎn)，若確定得出的角點(diǎn)與T型角點(diǎn) 相鄰，去掉T型角點(diǎn)，從而初步計(jì)算出曲率尺度空間角點(diǎn)。
3. 如權(quán)利要求1所述的點(diǎn)云拼接系統(tǒng)，其特征在于，所述歐式空間的不變性包括歐式 空間的距離、角度或面積的不變性。
4. 如權(quán)利要求1所述的點(diǎn)云拼接系統(tǒng)，其特征在于，所述標(biāo)定參數(shù)包括CCD的焦距、CCD 的中心點(diǎn)、C⑶旋轉(zhuǎn)矩陣及C⑶平移矩陣。
5. 如權(quán)利要求1所述的點(diǎn)云拼接系統(tǒng)，其特征在于，所述不同視角的轉(zhuǎn)換矩陣通過三 角法，最小二乘法，奇異值分解法或四元數(shù)法進(jìn)行計(jì)算。
6. 如權(quán)利要求1所述的點(diǎn)云拼接系統(tǒng)，其特征在于，所述四元數(shù)法進(jìn)行計(jì)算的過程如 下： 計(jì)算共同的角點(diǎn)集P(mj和Q(m'J的質(zhì)心：
將共同的角點(diǎn)集做相對(duì)質(zhì)心 的平移P^nii-Ui，p' ^nii-u'p根據(jù)移動(dòng)后共同的角點(diǎn)計(jì)算相關(guān) 矩陣K，
由矩陣K中元素構(gòu)造出四維對(duì)稱矩陣
計(jì)算最大特征值對(duì)應(yīng)的特征向量，qztqc^quqhCyT，計(jì)算旋轉(zhuǎn)矩陣，
計(jì)算平移矩陣，T=u' -Ru，通過旋 轉(zhuǎn)矩陣和平移矩陣把一組點(diǎn)云轉(zhuǎn)換到另一組點(diǎn)云的同一坐標(biāo)系下。
7. -種點(diǎn)云拼接方法，該方法運(yùn)用于主機(jī)中，其特征在于，該方法包括如下步驟： 從主機(jī)中獲取需要拼接的兩個(gè)或兩個(gè)以上的點(diǎn)云，每個(gè)點(diǎn)云所對(duì)應(yīng)的圖片及標(biāo)定參 數(shù)； 對(duì)每張圖片進(jìn)行濾波處理，并計(jì)算出每張圖片的邊緣，從每張圖片的邊緣中選擇曲率 局部極大值點(diǎn)作為候選值點(diǎn)，初步計(jì)算出每張圖片的曲率尺度空間角點(diǎn)； 根據(jù)初步計(jì)算出的曲率尺度空間角點(diǎn)，通過邊緣梯度和插值的方法，得到每張圖片的 亞像素角點(diǎn)； 將每張圖片的亞像素角點(diǎn)根據(jù)標(biāo)定參數(shù)轉(zhuǎn)換為三維空間坐標(biāo)，通過歐式空間的不變性 原理進(jìn)行匹配亞像素角點(diǎn)，得到共同的角點(diǎn)；及 通過共同的角點(diǎn)計(jì)算出不同視角的轉(zhuǎn)換矩陣，將所有點(diǎn)云轉(zhuǎn)化到同一視角下，得到一 個(gè)完整的點(diǎn)云，完成所述兩個(gè)或兩個(gè)以上點(diǎn)云的拼接。
8. 如權(quán)利要求7所述的點(diǎn)云拼接方法，其特征在于，所述初步計(jì)算出每張圖片的曲率 尺度空間角點(diǎn)的方式如下： 通過Canny算子計(jì)算出每張圖片的邊緣，然后對(duì)邊緣表示成曲線r(u) = [x(u, 5)，Y(U,S)]，其中，x(u, 5)表示高斯濾波后的橫坐標(biāo)，Y(U, 5)表示高斯濾 波后的縱坐標(biāo)； 對(duì)曲線上的點(diǎn)計(jì)算曲率，選擇曲率局部極大值點(diǎn)作為候選值點(diǎn)，當(dāng)候選值點(diǎn)同時(shí)滿足 下面兩個(gè)條件時(shí)，確定該點(diǎn)為角點(diǎn)：條件一，大于閾值T，條件二，至少大于兩側(cè)相鄰的點(diǎn)曲 率極小值的兩倍；及 對(duì)于Canny算子提取出的曲線進(jìn)行填補(bǔ)，形成T型角點(diǎn)，若確定得出的角點(diǎn)與T型角點(diǎn) 相鄰，去掉T型角點(diǎn)，從而初步計(jì)算出曲率尺度空間角點(diǎn)。
9. 如權(quán)利要求7所述的點(diǎn)云拼接方法，其特征在于，所述歐式空間的不變性包括歐式 空間的距離、角度或面積的不變性。
10. 如權(quán)利要求7所述的點(diǎn)云拼接方法，其特征在于，所述標(biāo)定參數(shù)包括CCD的焦距、 C⑶的中心點(diǎn)、C⑶旋轉(zhuǎn)矩陣及C⑶平移矩陣。
11. 如權(quán)利要求7所述的點(diǎn)云拼接方法，其特征在于，所述不同視角的轉(zhuǎn)換矩陣通過三 角法，最小二乘法，奇異值分解法或四元數(shù)法進(jìn)行計(jì)算。
12. 如權(quán)利要求7所述的點(diǎn)云拼接方法，其特征在于，所述四元數(shù)法進(jìn)行計(jì)算的過程如 下： 計(jì)算共同的角點(diǎn)集P(mj和Q(m'i)的質(zhì)心：
將共同的角點(diǎn)集做相對(duì)質(zhì)心 的平移P^nii-Ui，p' ^nii-u'p根據(jù)移動(dòng)后共同的角點(diǎn)計(jì)算相關(guān) 矩陣K，
由矩陣K中元素構(gòu)造出四維對(duì)稱矩陣
計(jì)算最大特征值對(duì)應(yīng)的特征向量，qztqc^quqhCyT，計(jì)算旋轉(zhuǎn)矩陣，
計(jì)算平移矩陣，T=u' -Ru，通過 旋轉(zhuǎn)矩陣和平移矩陣把一組點(diǎn)云轉(zhuǎn)換到另一組點(diǎn)云的同一坐標(biāo)系下。
【專利摘要】一種點(diǎn)云拼接方法，該方法包括如下步驟：從主機(jī)中獲取需要拼接的點(diǎn)云，每個(gè)點(diǎn)云所對(duì)應(yīng)的圖片及標(biāo)定參數(shù)；初步計(jì)算出每張圖片的曲率尺度空間角點(diǎn)；根據(jù)初步計(jì)算的曲率尺度空間角點(diǎn)，通過邊緣梯度和插值的方法，得到每張圖片的亞像素角點(diǎn)；將每張圖片的亞像素角點(diǎn)根據(jù)標(biāo)定參數(shù)轉(zhuǎn)換為三維空間坐標(biāo)，通過歐式空間的不變性原理進(jìn)行匹配亞像素角點(diǎn)，得到共同的角點(diǎn)；通過共同的角點(diǎn)計(jì)算出不同視角的轉(zhuǎn)換矩陣，將所有點(diǎn)云轉(zhuǎn)化到同一視角下，得到一個(gè)完整的點(diǎn)云，完成拼接。本發(fā)明還提供一種點(diǎn)云拼接系統(tǒng)。利用本發(fā)明可以提高了點(diǎn)云拼接的效率，保護(hù)了物體表面的完整性。
【IPC分類】G06T3-40
【公開號(hào)】CN104574273
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201310476517
【發(fā)明人】吳新元, 張旨光, 謝鵬
【申請(qǐng)人】鴻富錦精密工業(yè)（深圳）有限公司, 鴻海精密工業(yè)股份有限公司
【公開日】2015年4月29日
【申請(qǐng)日】2013年10月14日
【公告號(hào)】US20150104105