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专利号: 202410211297X
申请人: 南京信息工程大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-06-16
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.点云区间配对体积方差一致性的配准方法,其特征在于,方法包括以下步骤:接收待配准点云数据,对待配准点云数据进行降采样处理,选取降采样处理后的待配准点云数据中任意一点作为中心点,运用k近邻算法找到离中心点最近的k个点,其中,所述待配准点云数据包括源点云和目标点云;

对选取的每个中心点和中心点周围的k个点计算局部方向中心性度量,得到源点云和目标点云所有点的局部方向中心性度量值;

过程如下:

设三维空间中的一个单纯形是由d个K个最近邻KNN点p1,p2,...,pd组成的,这些点已经被映射到超球体上,其中pi=(xi1,xi2,…,xid),向量 , ,···, ,具有相同原点的pd在向量空间中确定一个二维的平行六面体p,让和 ,那么就有了p的体积

(1)

单纯形S是一个嵌入在平行六面体P中的超四面体,共享d‑1条边pdp1,pdp2,...,pdpd−

1,S的体积 是:

(2)

在测量单纯形体积S后,计算单纯形体积和与超球面表面积之间的偏差,并进一步将全局体积误差相等地分配给每个细分单位,保证不同细分下的细分单元的体积和在同一维度上是不变的,d维单位球面的广义表面积S为:(3)

假设凸复形由f个单纯形s1、s2、...,sf组成,并据此将超球面细分为f个单位u1、u2、...,uf,细分单元ui的体积求解为:(4)

局部方向中心性度量计算所有细分单元的体积的差异:(5)

式中的DCM是指局部方向中心性度量值;

将源点云和目标点云的局部方向中心性度量值进行排序,找到源点云和目标点云中,局部方向中心性度量值的最大值和最小值,将局部方向中心性度量值的最大值和最小值进行等分的区间划分,得到若干个区间;

统计每个区间内局部方向中心性度量值的个数,并计算每个区间内局部方向中心性度量值的个数与局部方向中心性度量值的总数的比值;

将源点云对应的比值与目标点云对应的比值进行比较,根据比较结果对配准精度进行判定。

2.根据权利要求1所述的点云区间配对体积方差一致性的配准方法,其特征在于,所述待配准点云数据的获取过程:用三维激光扫描仪,通过发射和接收激光束来测量物体或场景的距离和反射率,从而生成点云数据,作为待配准点云数据。

3.根据权利要求1所述的点云区间配对体积方差一致性的配准方法,其特征在于,所述选取降采样处理后的待配准点云数据中任意一点作为中心点,运用k近邻算法找到离中心点最近的k个点的过程:计算中心点到每个样本点间的距离,将计算得出的中心点到每个样本点间的距离进行排序,选择出距离最小的k个点。

4.根据权利要求1所述的点云区间配对体积方差一致性的配准方法,其特征在于,所述对选取的每个中心点和中心点周围的k个点计算局部方向中心性度量,通过把最近的k个最近邻点相连接,形成球形三角形,用球形三角形的体积方差来扩展局部方向中心性度量。

5.根据权利要求1所述的点云区间配对体积方差一致性的配准方法,其特征在于,所述将源点云和目标点云的局部方向中心性度量值的最大值和最小值进行等分的区间划分,得到若干个区间的过程:设局部方向中心性度量值的取值范围是在0到1之间,则将0到1平均分成十份,每一份的区间长度是0.1,接着进行计数的过程,看每个值应属于哪个区间,那么区间中度量值的个数加1,到最后得到每个区间内一共有多少个局部方向中心性度量值。

6.根据权利要求1所述的点云区间配对体积方差一致性的配准方法,其特征在于,所述将源点云对应的比值与目标点云对应的比值进行比较,根据比较结果对配准精度进行判定的过程:将源点云对应的比值与目标点云对应的比值进行比较,判定源点云对应的比值与目标点云对应的比值是否一样,对生成点云的旋转矩阵与平移矩阵,与原数据的Groundtruth值进行旋转、平移误差的计算,误差越小配准精度越高,从而进行配准。

7.根据权利要求6所述的点云区间配对体积方差一致性的配准方法,其特征在于,所述源点云对应的比值与目标点云对应的比值越接近,则配准精度越高。

8.点云区间配对体积方差一致性的配准装置,其特征在于,包括:数据处理模块,用于接收待配准点云数据,对待配准点云数据进行降采样处理,选取降采样处理后的待配准点云数据中任意一点作为中心点,运用k近邻算法找到离中心点最近的k个点,其中,所述待配准点云数据包括源点云和目标点云;

数据点处理模块,用于对选取的每个中心点和中心点周围的k个点计算局部方向中心性度量,得到源点云和目标点云所有点的局部方向中心性度量值;

过程如下:

设三维空间中的一个单纯形是由d个K个最近邻KNN点p1,p2,...,pd组成的,这些点已经被映射到超球体上,其中pi=(xi1,xi2,…,xid),向量 , ,···, ,具有相同原点的pd在向量空间中确定一个二维的平行六面体p,让和 ,那么就有了p的体积

(1)

单纯形S是一个嵌入在平行六面体P中的超四面体,共享d‑1条边pdp1,pdp2,...,pdpd−

1,S的体积 是:

(2)

在测量单纯形体积S后,计算单纯形体积和与超球面表面积之间的偏差,并进一步将全局体积误差相等地分配给每个细分单位,保证不同细分下的细分单元的体积和在同一维度上是不变的,d维单位球面的广义表面积S为:(3)

假设凸复形由f个单纯形s1、s2、...,sf组成,并据此将超球面细分为f个单位u1、u2、...,uf,细分单元ui的体积求解为:(4)

局部方向中心性度量计算所有细分单元的体积的差异:(5)

式中的DCM是指局部方向中心性度量值;

区间划分模块,用于将源点云和目标点云的局部方向中心性度量值进行排序,找到源点云和目标点云中,局部方向中心性度量值的最大值和最小值,将局部方向中心性度量值的最大值和最小值进行等分的区间划分,得到若干个区间;

比值计算模块,用于统计每个区间内局部方向中心性度量值的个数,并计算每个区间内局部方向中心性度量值的个数与局部方向中心性度量值的总数的比值;

配准判定模块,用于将源点云对应的比值与目标点云对应的比值进行比较,根据比较结果对配准精度进行判定。

9.点云区间配对体积方差一致性的配准系统,其特征在于,包括:存储器,用于存储指令;

处理器,用于读取所述存储指令,并执行所述存储指令实现如权利要求1‑7任一项所述的点云区间配对体积方差一致性的配准方法。