一种基于二维投影的三维数据配准结果正确性判断方法

摘要

本发明提供一种基于二维投影的三维数据配准结果正确性判断方法，首先将配准完成的第一三维数据点集和第二三维数据点集沿光轴方向投映到二维坐标系中并进行网格划分，然后计算这两个数据点集在二维坐标系中相交区域各网格的第一三维数据点集图像值和第二三维数据点集图像值，并根据相各网格的第一三维数据点集图像值和第二三维数据点集图像值判断配准结果的正确性。由于判断过程中所用到的第一设定值和第二设定值不依赖于第一三维数据点集和第二三维数据点集的具体数据特征，所以本发明所提供的技术方案能对任何三维数据点集的配准结果进行判断，适用性强。

说明书

技术领域

本发明属于三维数据点集处理技术领域，具体涉及一种基于二维投影的三维数据配准结果正确性判断方法。

背景技术

三维数据配准是指将两片来自同一实物的三维数据，根据一定的规律，快速而准确的贴合或融合成新的整体，因此，要对多角度下得到的测量数据进行对象建模，就需要采用三维数据配准技术。

对三维数据进行配准后，还需要判断配准的结果是否存在错误。目前常见的方法是利用平均距离误差进行判断，即对其中一组三维数据点集中的所有点，查找另一组三维数据点集中对应的最近点之间的距离，然后求取平均值，根据该平均值判断三维数据配准的结果是否正确。

虽然利用平均距离误差能够在很多情况下能够对三维数据配准结果进行判断，但是这种方法对三维数据的具体特性存在较大的依赖性，适用性比较差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于二维投影的三维数据配准结果正确性判断方法，用于解决现有技术中在对三维数据配准结果进行判断时，判断方法适用性比较差的问题。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：

一种基于二维投影的三维数据配准结果正确性判断方法，包括如下步骤：

(1)选取两组已配准完成的第一三维数据点集和第二三维数据点集，将其放入以O为原点的XYZ三轴坐标系中，其中OZ轴沿第一三维数据点集和第二三维数据点集采集的光轴方向；

(2)将第一三维数据点集和第二三维数据点集投影到XOY二维坐标系中；

(3)对第一三维数据点集和第二三维数据点集在XOY二维坐标系中的投影进行网格划分，并计算出第一三维数据点集和第二三维数据点集在XOY二维坐标系中投影相交区域的网格数量M；

(4)计算第一三维数据点集和第二三维数据点集在XOY二维坐标系中投影相交区域各网格的第一三维数据点集图像值和第二三维数据点集图像值，并计算两者之差绝对值小于第一设定值的网格数量N；

所述某网格的第一三维数据点集图像值或第二三维数据点集图像值是指第一三维数据点集或第二三维数据点集投影在该网格的所有点Z轴坐标的平均值；

(5)判断N与M之间的比值是否大于第二设定值，如果大于，则判断为第一三维数据点集和第二三维数据点集的配准结果正确，否则判断为这两个三维数据点集配准结构出现错误。

进一步的，所述第一设定值为在Z轴方向上数据采集分辨率的4倍。

进一步的，所述第二设定值为0.7。

一种基于二维投影的三维数据配准结果正确性判断装置，包括如下模块：

选取两组已配准完成的第一三维数据点集和第二三维数据点集，将其放入以O为原点的XYZ三轴坐标系中的模块；

将第一三维数据点集和第二三维数据点集投影到XOY二维坐标系中的模块；

对第一三维数据点集和第二三维数据点集在XOY二维坐标系中的投影进行网格划分，并计算出第一三维数据点集和第二三维数据点集在XOY二维坐标系中投影相交区域的网格数量M的模块；

计算第一三维数据点集和第二三维数据点集在XOY二维坐标系中投影相交区域各网格的第一三维数据点集图像值和第二三维数据点集图像值，并计算两者之差绝对值小于第一设定值的网格数量N的模块；

所述某网格的第一三维数据点集图像值或第二三维数据点集图像值是指第一三维数据点集或第二三维数据点集投影在该网格的所有点Z轴坐标的平均值；

判断N与M之间的比值是否大于第二设定值，如果大于，则判断为第一三维数据点集和第二三维数据点集的配准结果正确，否则判断为这两个三维数据点集配准结构出现错误的模块。

进一步的，所述第一设定值为在Z轴方向上数据采集分辨率的4倍。

进一步的，所述第二设定值为0.7。

本发明的有益效果是：本发明提供的技术方案，首先将配准完成的第一三维数据点集和第二三维数据点集沿光轴方向投映到二维坐标系中并进行网格划分，然后根据这两个数据点集在二维坐标系中相交区域各网格的图像值判断配准结果的正确性。由于判断过程中所用到的第一设定值和第二设定值不依赖于第一三维数据点集和第二三维数据点集的具体数据特征，所以本发明所提供的技术方案能对任何三维数据的配准结果进行判断，适用性强。

附图说明

图1为实施例中三维数据配准结果的流程图；

图2为实施例中三维数据点集A的示意图；

图3为实施例中三维数据点集B的示意图；

图4为实施例中三维数据点集A和三维数据点集B配准正确的示意图；

图5为实施例中三维数据点集A和三维数据点集B配准错误的示意图。

具体实施方式

本发明的目的在于提供一种基于二维投影的三维数据配准结果正确性判断方法，用于解决现有技术中在对三维数据配准结果进行判断时，判断方法适用性比较差的问题。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：

一种基于二维投影的三维数据配准结果正确性判断方法，包括如下步骤：

(1)选取两组已配准完成的第一三维数据点集和第二三维数据点集，将其放入以O为原点的XYZ三轴坐标系中，其中OZ轴沿第一三维数据点集和第二三维数据点集采集的光轴方向；

(2)将第一三维数据点集和第二三维数据点集投影到XOY二维坐标系中；

(3)对第一三维数据点集和第二三维数据点集在XOY二维坐标系中的投影进行网格划分，并计算出第一三维数据点集和第二三维数据点集在XOY二维坐标系中投影相交区域的网格数量M；

(4)计算第一三维数据点集和第二三维数据点集在XOY二维坐标系中投影相交区域各网格的第一三维数据点集图像值和第二三维数据点集图像值，并计算两者之差绝对值小于第一设定值的网格数量N；

所述某网格的第一三维数据点集图像值或第二三维数据点集图像值是指第一三维数据点集或第二三维数据点集投影在该网格的所有点Z轴坐标的平均值；

(5)判断N与M之间的比值是否大于第二设定值，如果大于，则判断为第一三维数据点集和第二三维数据点集的配准结果正确，否则判断为这两个三维数据点集配准结构出现错误。

下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。

方法实施例：

本实施例提供一种基于二维投影的三维数据配准结果正确性判断方法，用于判断配准后的三维数据是否正确，其流程如图1所示，具体步骤如下：

(1)选取已经配准完成的两组三维数据点集A和三维数据点集B，其中三维数据点集A如图2所示，三维数据点集B如图3所示；

(2)将三维数据点集A和三维数据点集B放入以O为原点，以X、Y、Z轴为三相坐标的XYZ三维坐标系中，其中OZ轴方向为数据采集设备采集三维数据点集A和三维数据点集B的方向，即为数据采集的光轴方向；三维数据点集A和三维数据点集B在OX轴分布范围为[x_min,x_max]，在OY轴分布范围为[y_min,y_max]，其中x_min、x_max分别为三维数据点集A和三维数据点集B中各点在OX轴上的最小坐标和最大坐标，y_min、y_max分别为三维数据点集A和三维数据点集B中各点在OY轴上的最小坐标和最大坐标；

(3)将三维数据点集A和三维数据点集B投影到X轴和Y轴确定的XY坐标系中，对XY坐标系中X轴坐标系[x_min,x_max]和Y轴坐标系[y_min,y_max]范围内的区域进行网格划分，划分成为M×N的网格，各网格在OX轴方向上的数据采集分辨率为x_res，在OY轴方向上的数据采集分辨率为y_res；

(4)确定三维数据点集A和三维数据点集B投影在XY坐标系中的相交区域网格的数量I0，以及各网格的三维数据点集A图像值J1和三维数据点集B图像值J2，计算出了两者差值绝对值小于设定距离阈值dist_thresh的网格数量I1，然后计算网格数I1与网格数I0的比值R，具体的计算公式为

某个网格的三维数据点集A图像值是指三维数据点集A中投影到该网格的所有点在OZ轴坐标值的平均值，某个网格的三维数据点集B图像值是指三维数据点集B中投影到该网格的所有点在OZ轴坐标值的平均值；

(5)判断比值R是否大于设定阈值ratio_thresh，如果大于，则判断为三维数据点集A和三维数据点集B的配准正确，没有出现错误，否则判断为配准出现错误。

上述的设定距离阈值dist_thresh和设定阈值ratio_thresh都能够根据实际的需求进行调整，在本实施例中，设定距离阈值dist_thresh采用OZ轴方向数据采集分辨率的4倍，设定阈值ratio_thresh取0.7。当三维数据点集A和三维数据点集B的配准结果如图4所示时，可计算出比值R为0.93，大于设定阈值ratio_thresh，所以判断为配准结果正确；当配准结果如图5所示时，可计算出比值R为0.32，小于设定阈值ratio_thresh，所以判断为该配准结果错误。

装置实施例：

本实施例提供一种基于二维投影的三维数据配准结果正确性判断装置，包括如下模块：

选取两组已配准完成的第一三维数据点集和第二三维数据点集，将其放入以O为原点的XYZ三轴坐标系中的模块，其中OZ轴沿第一三维数据点集和第二三维数据点集采集的光轴方向；

将第一三维数据点集和第二三维数据点集投影到XOY二维坐标系中的模块；

对第一三维数据点集和第二三维数据点集在XOY二维坐标系中的投影进行网格划分，并计算出第一三维数据点集和第二三维数据点集在XOY二维坐标系中投影相交区域的网格数量M的模块；

计算第一三维数据点集和第二三维数据点集在XOY二维坐标系中投影相交区域各网格的第一三维数据点集图像值和第二三维数据点集图像值，并计算两者之差绝对值小于第一设定值的网格数量N的模块；

所述某网格的第一三维数据点集图像值或第二三维数据点集图像值是指第一三维数据点集或第二三维数据点集投影在该网格的所有点Z轴坐标的平均值；判断N与M之间的比值是否大于第二设定值，如果大于，则判断为第一三维数据点集和第二三维数据点集的配准结果正确，否则判断为这两个三维数据点集配准结构出现错误的模块。

本实施例所提供的一种基于二维投影的三维数据配准结果正确性判断装置，其中各模块不是硬件模块，而是按照对应方法进行编程所得到的软件模块，运行在相应的控制器或处理器中，能够存储在移动存储装置或者固定存储装置中。