一种复杂自由曲面迭代双向法线投影配准方法与流程

技术特征：
1.一种复杂自由曲面迭代双向法线投影配准方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：点集p1和点集p2的粗配准：计算点集p1和点集p2中每个数据点的曲率信息cur(q
i
)和法向夹角信息ang(q
i
)；生成点集p1和点集p2中每个数据点的包含曲率信息、法向夹角信息的特征描述符fea(q
i
)；根据特征描述符fea(q
i
)，筛选点集p1和点集p2中参与配准的数据点q
′
和数据点m
′
，根据曲率及法线夹角确定两个平面上的对应点对，根据四元数法，计算变换矩阵；步骤2：点集p1和点集p2的精配准：根据双向法矢投射方法建立预选对应点，正向投射的结果为逆向投射的结果为对进行伪对应剔除，保留满足条件的正向对应对进行伪对应剔除；如果数据是分块处理的，依次对每块数据进行伪对应剔除；得到对应点集q
k
和m
k
，所包含的对应点对的个数为n
k
；根据奇异值分解法计算旋转矩阵r
k
、平移向量t
k
；进行数据变换：q
k 1
＝r
k
q
k
t
k
；计算误差量：如果d
k 1
≤δ，配准完成；如果d
k 1
＞δ，d
k
‑
d
k 1
＞ε，且未达到最大迭代次数kmax，重新开始建立预选对应点进行计算，δ为给定的对应点平均误差的阈值，ε为相邻两次迭代中误差量的改变量；否则，终止迭代。2.根据权利要求1所述的一种复杂自由曲面迭代双向法线投影配准方法，其特征在于，所述步骤1中，任意一点q
i
的内蕴特征描述符其中，为曲率对应的系数；通过计算q
i
与所有邻域点的法矢量夹角，其中q
j
是q
i
的一个邻域点，q
j
和q
i
之间的法矢夹角记为q
i
、q
j
处的法矢量为n
i
、n
j
，得到q
i
的法向夹角信息q
j
∈nbhd(q
i
)，nbhd(q
i
)为q
i
的k个邻近点。3.根据权利要求1所述的一种复杂自由曲面迭代双向法线投影配准方法，其特征在于，所述步骤1中，对于点集p1中的任意一点q
i
，如果fea(q
i
)＞κ，则q
i
为点集p1中参与配准的数据点集q
′
中一点，同理选择点集p2中参与配准的数据点集m
′
，κ为设定阈值；如果q
′
i
与m
′
j
满足则q
′
i
与m
′
j
为点集p1和点集p2的对应点对，κ
curv
为设定的曲率阈值，κ
ang
为设定的法向夹角阈值。4.根据权利要求1所述的一种复杂自由曲面迭代双向法线投影配准方法，其特征在于，所述步骤2中，根据双向法矢投射方法建立预选对应点的方法为：将经过点集p1和点集p2的nurbs拟合曲面分片，令s1(u,v)、s2(u,v)是两个nurbs拟合曲面上一组对应的nurbs曲面片，分别求解两个点集的曲面片在数据点(u
i
,v
i
)处的单位法矢量为：s
u
(u
i
,v
i
)和s
v
(u
i
,v
i
)分别为nurbs曲面在u向和v向两个方向的切线；计算曲面s1(u,v)在数据点{q1,q2,...,q
h
}处的法矢量n
a
与曲面s2(u,v)的交点b，点
b即为点a在曲面s2(u,v)上的预选对应点；在s2(u,v)上选定点b的邻近区域，从中随机抽选点b
′
，按上述方法计算曲面s2(u,v)在b
′
处的法矢量与曲面s1(u,v)的交点a
′
；完成从点b
′
到曲面s1(u,v)上的反向投射，点b
′
、a
′
则为反向投影确定的一对预选对应点；对于s1(u,v)上的h个点{q1,q2,...,q
h
}，依次进行上述的双向法向投射，正向投射建立的预选对应点对为{(q
i
,m
i
),i＝1,2,...,h}，逆向投射建立的预选对应关系为{(m
′
i
,q
′
i
),i＝1,2,...,h}。5.根据权利要求1所述的一种复杂自由曲面迭代双向法线投影配准方法，其特征在于，所述步骤2中，删除伪对应点对的方法为：对于任意一组双向投射结果(q
i
,m
i
)与(m
′
i
,q
′
i
)：在曲面s1(u,v)上，点q
i
、q
′
i
之间的距离为dist(q
i
‑
q
′
i
)；在曲面s2(u,v)上，点m
i
、m
′
i
之间的距离为dist(m
i
‑
m
′
i
)，如果任意一组双向投射结果(q
i
,m
i
)与(m
′
i
,q
′
i
)，满足约束|dist(q
i
‑
q
′
i
)
‑
dist(m
i
‑
m
′
i
)|≤η，η为设定的阈值，则(q
i
,m
i
)与(m
′
i
,q
′
i
)所包含的特征信息类似，对后续的配准贡献相同，保留正对应(q
i
,m
i
)进行后续计算，剔除伪对应点对(m
′
i
,q
′
i
)。

技术总结
本发明属于复杂自由曲面点云数据配准技术领域，在三维高精度自动配准领域中，已有的改进算法在一定程度、一定条件下拓宽原始ICP算法的性能，但初始位置对算法收敛的影响、对应关系的搜索及计算仍是该类算法的瓶颈问题；本发明提供一种复杂自由曲面迭代双向法线投影配准方法，在粗配准环节基于数据自身的固有几何特征给出不同的粗配准实现算法。精确配准方法建立在经典的ICP算法框架之上，针对对应关系的建立、伪对应点对的剔除，对ICP算法进行改进，本发明能够更大程度利用隐含的特征信息，配准精度高，且所提供的粗配准方法能够满足不同情况下对初值的需求。足不同情况下对初值的需求。足不同情况下对初值的需求。


技术研发人员：张海涛 毛晴 张璇 李杏华
受保护的技术使用者：太原理工大学
技术研发日：2021.09.30
技术公布日：2021/12/14