三維測量點云與CAD模型配準算法研究.pdf

1、隨著社會發(fā)展和技術(shù)進步，人們對產(chǎn)品工業(yè)設計水平的需要日益提高，各種曲面及其組合復雜型面在手機，家電，汽車等產(chǎn)品設計中得到了廣泛應用。這一變化促使零件檢測從二維到三維技術(shù)快速轉(zhuǎn)變。如今，基于三維CAD模型的數(shù)字化高精度檢測已成為主要發(fā)展趨勢，其中的關(guān)鍵技術(shù)就是點云與CAD模型的配準。一般情況下，三維測量點云和CAD模型不在同一坐標系。為了準確快速評價工件的制造精度，必須對三維測量點云與工件本身的三維CAD模型進行配準——將三維測量點云的測

2、量坐標系與CAD模型所在設計坐標系轉(zhuǎn)換到同一坐標系下。在點云的各類配準算法中，應用較為普遍的是ICP及其種種改進或變體算法。本文經(jīng)過深入研究分析發(fā)現(xiàn)，在點云與CAD模型配準中，該算法依然存在局限性，主要表現(xiàn)在:其一，原始ICP算法是假設原始測量點云的歐式距離最近點為其所對應的點，在CAD模型點云稀疏或不均時會出現(xiàn)尋找對應點耗時及誤差大的問題;其次，原始ICP算法迭代步幅小、收斂過程緩慢，特別是當三維測量點云的數(shù)量比較多時配準效率會很低。

3、
　　針對以上問題，本文提出了一種基于動態(tài)調(diào)節(jié)因子的ICP配準算法實現(xiàn)了點云與CAD模型的高效與高精度匹配。該算法主要對原始ICP算法進行以下優(yōu)化。
　　第一步，本文提出了一種基于STL三角網(wǎng)格的對應點的尋找方法。該方法利用STL三角網(wǎng)格自身攜帶的法向量信息，求取測量點云到對應三角網(wǎng)格的最近點，并將其作為目標對應點，從而有效的解決了原始ICP算法在點云與CAD模型匹配中的對應點的尋找問題。該方法可以有效避免對CAD模型進行大

4、規(guī)模采樣，有效的提高了配準效率;又因其屬于一種點到面的對應點計算方法，求得的對應點相對比較準確，從而有效的提高了配準精度;
　　第二步，在第一步優(yōu)化的基礎(chǔ)上，本文提出了一種動態(tài)調(diào)節(jié)因子——動態(tài)調(diào)整剛體變換參數(shù)因子，將其添加到原始ICP算法中，使得每次迭代點云剛體變換沿原來的趨勢實現(xiàn)超程變換，以便下次迭代時搜索到更多有效對應點，從而使迭代步幅加大，實現(xiàn)ICP算法的快速收斂。
　　實驗表明，本文提出的基于動態(tài)調(diào)節(jié)因子的ICP配準