1.一种用于工业元件位姿估计的稳健的点云配准方法,其特征在于,包括如下步骤:S1、通过3D‑SITF特征点提取算法对点云进行关键点的提取;
S2、采用CCFP加权融合算法和PCA主成分分析法提取点云的主曲率 , 、高斯曲率K以及平均曲率H,通过主曲率 , 、高斯曲率K以及平均曲率H构建点对的余旋相似度,结合FPFH描述子相似性构建加权相似度度量函数 ;
S3、结合局部特征与全局分布的点云匹配策略,利用二分图构建相似度矩阵,并通过KM算法优化匹配,设定阈值过滤误匹配,通过SVD计算旋转矩阵R和平移矩阵T,确保匹配结果在全局分布与局部特征上的一致。
2.根据权利要求1所述的用于工业元件位姿估计的稳健的点云配准方法,其特征在于,所述步骤S1中的3D‑SITF特征点提取算法为:通过尺度空间,建立点云体素金字塔,三维尺度空间中的函数 由高斯核函数 与三维图像 的卷积得到:;
其中, 表示原始点云数据经过尺度参数 的高斯核平滑后的结果,是高斯核的标准差, 为点云中某一点的坐标, 是归一化系数, 为高斯衰减项。
3.根据权利要求2所述的用于工业元件位姿估计的稳健的点云配准方法,其特征在于,所述步骤S2中,设 为目标点A和其邻域点 的距离,基于邻域点 的SPFH对目标点A最终的直方图进行加权,得到加权结果 :;
其中, 为点A的局部几何特征, 为点A邻域点几何特征;
其中,维特征直方图为 ,每个 表示该点邻域内的加权频率分布,对第i个描述子向量 进行归一化,得到归一化后描述子向量 :;
对于源点云P所提取的关键点云M中的任意点 ,对于目标点云Q所提取的关键点云N中的任意点 的FPFH特征描述子向量 和 ,计算余旋相似性 :。
4.根据权利要求3所述的用于工业元件位姿估计的稳健的点云配准方法,其特征在于,采用PCA计算点云的法向量,得到点云的曲率;
在法向量估计过程中,计算邻域的协方差矩阵 :;
其中,为邻域点, 为点 的邻域质心, 为点 的邻域;
对协方差矩阵 进行特征值分解,得到特征值和特征向量:;
其中,为特征值, 为对应的特征向量。
5.根据权利要求4所述的用于工业元件位姿估计的稳健的点云配准方法,其特征在于,主曲率通过下述公式计算得到:;
其中, 和 分别是最大和最小主曲率;最小的特征值 对应于法向量方向,最大的特征值 对应于法向量垂直方向的曲率方向;
点云中每个点的高斯曲率 和平均曲率 由主曲率计算得:。
6.根据权利要求5所述的用于工业元件位姿估计的稳健的点云配准方法,其特征在于,点对 的曲率特征相似度 表示为:;
其中, 表示向量 和向量 在在第k维的分量 和 的乘积;
通过曲率特征余旋相似度和FPFH描述子相似度,构建加权相似度度量函数 :;
其中 为权重系数。
7.根据权利要求3所述的用于工业元件位姿估计的稳健的点云配准方法,其特征在于,所述步骤S3中,在配准过程中,通过构建二分图,将源点云P中的关键点云M和目标点云Q中的关键点云N的所有点分别放置二分图的两端,每一对点 和 通过计算CCFP加权相似度,来连接点 和 ,并为边分配权重,构建一个大小为m×n的相似度矩阵,其中m是关键点云M的点数,n是关键点云N的点数,相似度矩阵的每个元素为每对点对的 值;
使用KM算法在相似度矩阵中找到最优匹配的点对集合,得到一组最优的匹配点对,对于相似度矩阵中的第i行,仅保留对应最大 值的位置列 ,将所述 值与最低阈值值进行比较,如果 值低于 ,则放弃对应的点对,仅保留大于所述最低阈值的点对。
8.根据权利要求7所述的用于工业元件位姿估计的稳健的点云配准方法,其特征在于,对于筛选后的点对集合 ,利用SVD进行求解公式如下:;
其中, 代表关键点云M质量中心, 代表关键点云N中心;矩阵,其中 为正交矩阵,为对角矩阵;
则旋转矩阵R为 ,平移矩阵T为 。