三维扫描点云数据的拼接方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及三维扫描技术领域，公开了一种三维扫描点云数据的拼接方法及系统。所述三维扫描点云数据的拼接方法，包括：获取三维扫描的点云数据，并对点云数据进行预处理；对预处理后的点云数据与上一帧的点云数据进行迭代匹配；根据预设迭代终止条件和迭代匹配条件判断是否迭代匹配成功；当判断迭代匹配成功时，确定点云数据的关键帧；计算关键帧的点云数据和关键帧之前的所有点云数据的最近点，以进行关键帧校正；以及根据校正的关键帧进行点云数据的拼接。本发明专利技术通过点云数据和上一帧点云数据的迭代匹配确定和校正关键帧，进而通过关键帧实现了三维扫描点云数据的快速、精确拼接，提升了三维扫描点云数据拼接的精确度、适应性和拼接效果。

The method and system of 3D scanning point cloud data splicing

The invention relates to the field of three-dimensional scanning technology, and discloses a method and a system for splicing 3D scanning point cloud data. The stitching method of the 3D scanning point cloud data includes: obtaining point cloud data of 3D scanning, preprocessing the point cloud data, iteratively matching the pre processed point cloud data with the point cloud data of the previous frame; judging whether iterative matching is successful according to the default iteration termination condition and iterative matching bar; When the broken iteration match is successful, the key frame of the point cloud data is determined; the point cloud data of the key frame and the nearest point of all point cloud data before the key frame are used for key frame correction; and the splicing of point cloud data based on the corrected key frames. This invention determines and corrections key frames through the iterative matching of the point cloud data and the last frame point cloud data, and then realizes the rapid and accurate splicing of the 3D scanning point cloud data through the key frame, and improves the accuracy, adaptability and stitching effect of the 3D scanning point cloud data splicing.

【技术实现步骤摘要】
三维扫描点云数据的拼接方法及系统
本专利技术涉及三维扫描
，尤其涉及一种三维扫描点云数据的拼接方法及系统。
技术介绍
三维扫描技术是三维空间数据建模的基础，在各行各业都有广泛应用。现有三维扫描技术通过扫描仪器在不同视角多次扫描获取三维空间的点集成为点云数据，然后将各个视角的点云数据转化为同一三维坐标系下进行点云数据的拼接，最终形成三维扫描点云数据。现有三维扫描技术通常采用最近点迭代法(ICP)利用牛顿迭代或者搜索方法寻找两组点云对应的最近点对，采用欧式距离作为目标函数进行迭代，从而得到三维数据的刚体变换，但这种方式要求每帧的点云数据有足够的特征而适应性较差，同时这种拼接方式精确度较低，容易形成累计误差而导致分层，进而影响三维扫描的拼接效果。
技术实现思路
鉴于此，本专利技术提供一种三维扫描点云数据的拼接方法及系统，解决现有三维扫描拼接的精确度、适应性和拼接效果不佳的技术问题。根据本专利技术的一个实施例，提供一种三维扫描点云数据的拼接方法，包括：获取三维扫描的点云数据，并对点云数据进行预处理；对预处理后的点云数据与上一帧的点云数据进行迭代匹配；根据预设迭代终止条件和迭代匹配条件判断是否迭代匹配成功；当判断迭代匹配成功时，确定点云数据的关键帧；计算关键帧的点云数据和关键帧之前的所有点云数据的最近点，以进行关键帧校正；以及根据校正的关键帧进行点云数据的拼接。优选的，所述对预处理后的点云数据与上一帧的点云数据进行迭代匹配，包括：提取预处理的点云数据和上一帧的点云数据中二维坐标一致的点对作为初始点对；根据初始点对的对应关系使用奇异值分解计算初始变换矩阵；根据计算的初始变换矩阵对预处理的点云数据进行变换；计算变换后的点云数据与上一帧的点云数据之间的最近点作为有效点对；以及根据有效点对和代价函数计算变换矩阵。优选的，所述对点云数据进行预处理，包括：计算点云数据的所有点的领域拓扑关系；计算点云数据的所有点的法向；以及判断并过滤点云数据中的离群点。优选的，所述根据预设迭代终止条件包括迭代次数、相邻两次迭代矩阵相似度和相邻两次点对距离，所述迭代匹配条件包括点对距离的均方差和点相邻云数据的重叠率。优选的，所述确定点云数据的关键帧，包括：对获取的点云数据进行刚体变换和法向变换；计算刚体变换和法向变换后点云数据与上一帧点云数据的重叠率；以及根据计算的重叠率确定点云数据的关键帧。根据本专利技术的另一个实施例，还提供一种三维扫描点云数据的拼接系统，包括：预处理模块，用于获取三维扫描的点云数据并对点云数据进行预处理；迭代匹配模块，用于对所述预处理模块预处理后的点云数据与上一帧的点云数据进行迭代匹配；迭代判断模块，用于根据预设迭代终止条件和迭代匹配条件判断是否迭代匹配成功；关键帧确定模块，用于当所述迭代判断模块判断所述迭代匹配模块迭代匹配成功时，确定点云数据的关键帧；关键帧校正模块，用于计算所述关键帧确定模块确定的关键帧的点云数据和关键帧之前的所有点云数据的最近点，以进行关键帧校正；以及点云数据拼接模块，用于根据所述关键帧校正模块校正的关键帧进行点云数据的拼接。优选的，所述迭代匹配模块包括：初始点对提取单元，用于提取所述预处理模块预处理的点云数据和上一帧的点云数据中二维坐标一致的点对作为初始点对；初始变换矩阵计算单元，用于根据所述初始点对提取单元提取的初始点对的对应关系使用奇异值分解计算初始变换矩阵；点云数据变换单元，用于根据所述初始变换矩阵计算单元计算的初始变换矩阵对所述预处理模块预处理的点云数据进行变换；有效点对计算单元，用于计算所述点云数据变换单元变换后的点云数据与上一帧的点云数据之间的最近点作为有效点对；以及变换矩阵计算单元，用于根据所述有效点对计算单元计算的有效点对和代价函数计算变换矩阵。优选的，所述预处理模块包括：领域计算单元，用于计算点云数据的所有点的领域拓扑关系；法向计算单元，用于计算点云数据的所有点的法向；以及离群点判断过滤单元，用于判断并过滤点云数据中的离群点。优选的，所述根据预设迭代终止条件包括迭代次数、相邻两次迭代矩阵相似度和相邻两次点对距离，所述迭代匹配条件包括点对距离的均方差和点相邻云数据的重叠率。优选的，所述关键帧确定模块包括：刚体法向变换单元，用于对所述预处理模块预处理的点云数据进行刚体变换和法向变换；重叠率计算单元，用于计算所述刚体法向变换单元刚体变换和法向变换后点云数据与上一帧点云数据的重叠率；以及关键帧确定单元，用于根据所述重叠率计算单元计算的重叠率确定点云数据的关键帧。本专利技术提供的三维扫描点云数据的拼接方法及系统，获取三维扫描的点云数据并对点云数据进行预处理；对预处理后的点云数据与上一帧的点云数据进行迭代匹配；根据预设迭代终止条件和迭代匹配条件判断是否迭代匹配成功；当判断迭代匹配成功时，确定点云数据的关键帧；计算关键帧的点云数据和关键帧之前的所有点云数据的最近点以进行关键帧校正；以及根据校正的关键帧进行点云数据的拼接，通过点云数据和上一帧点云数据的迭代匹配确定和校正关键帧，进而通过关键帧实现了三维扫描点云数据的快速、精确拼接，提升了三维扫描点云数据拼接的精确度、适应性和拼接效果。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术一个实施例中三维扫描点云数据的拼接方法的流程示意图。图2为本专利技术一个实施例中点云数据预处理的流程示意图。图3为本专利技术一个实施例中迭代匹配的流程示意图。图4为本专利技术一个实施例中确定点云数据的关键帧的流程示意图。图5为本专利技术另一个实施例中三维扫描点云数据的拼接系统的结构示意图。图6为本专利技术另一个实施例中预处理模块的结构示意图。图7为本专利技术另一个实施例中迭代匹配模块的结构示意图。图8为本专利技术另一个实施例中关键帧确定模块的结构示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术的技术方案作进一步更详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本专利技术保护的范围。在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本专利技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以结合具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。此外，在本专利技术的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本专利技术的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本专利技术的实施例所属本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三维扫描点云数据的拼接方法，其特征在于，包括：获取三维扫描的点云数据，并对点云数据进行预处理；对预处理后的点云数据与上一帧的点云数据进行迭代匹配；根据预设迭代终止条件和迭代匹配条件判断是否迭代匹配成功；当判断迭代匹配成功时，确定点云数据的关键帧；计算关键帧的点云数据和关键帧之前的所有点云数据的最近点，以进行关键帧校正；以及根据校正的关键帧进行点云数据的拼接。

【技术特征摘要】
1.一种三维扫描点云数据的拼接方法，其特征在于，包括：获取三维扫描的点云数据，并对点云数据进行预处理；对预处理后的点云数据与上一帧的点云数据进行迭代匹配；根据预设迭代终止条件和迭代匹配条件判断是否迭代匹配成功；当判断迭代匹配成功时，确定点云数据的关键帧；计算关键帧的点云数据和关键帧之前的所有点云数据的最近点，以进行关键帧校正；以及根据校正的关键帧进行点云数据的拼接。2.根据权利要求1所述的三维扫描点云数据的拼接方法，其特征在于，所述对预处理后的点云数据与上一帧的点云数据进行迭代匹配，包括：提取预处理的点云数据和上一帧的点云数据中二维坐标一致的点对作为初始点对；根据初始点对的对应关系使用奇异值分解计算初始变换矩阵；根据计算的初始变换矩阵对预处理的点云数据进行变换；计算变换后的点云数据与上一帧的点云数据之间的最近点作为有效点对；以及根据有效点对和代价函数计算变换矩阵。3.根据权利要求1所述的三维扫描点云数据的拼接方法，其特征在于，所述对点云数据进行预处理，包括：计算点云数据的所有点的领域拓扑关系；计算点云数据的所有点的法向；以及判断并过滤点云数据中的离群点。4.根据权利要求1所述的三维扫描点云数据的拼接方法，其特征在于，所述根据预设迭代终止条件包括迭代次数、相邻两次迭代矩阵相似度和相邻两次点对距离，所述迭代匹配条件包括点对距离的均方差和点相邻云数据的重叠率。5.根据权利要求1所述的三维扫描点云数据的拼接方法，其特征在于，所述确定点云数据的关键帧，包括：对获取的点云数据进行刚体变换和法向变换；计算刚体变换和法向变换后点云数据与上一帧点云数据的重叠率；以及根据计算的重叠率确定点云数据的关键帧。6.一种三维扫描点云数据的拼接系统，其特征在于，包括：预处理模块，用于获取三维扫描的点云数据并对点云数据进行预处理；迭代匹配模块，用于对所述预处理模块预处理后的点云数据与上一帧的点云数据进行迭代匹配；迭代判断模块，用于根据预设迭代终止条件和迭代匹配条件判断是否迭代匹配成功；关键...

【专利技术属性】
技术研发人员：张佰春，
申请(专利权)人：深圳市菲森科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44