一種基于統(tǒng)計分析的點云平面提取方法技術

技術編號：43102396 閱讀：13 留言：0更新日期：2024-10-26 09:45

本發(fā)明專利技術涉及一種基于統(tǒng)計分析的點云平面提取方法，包括以下步驟，1得到參考法向量n<subgt;r</subgt;，2得到點積集合{X}，計算得到閾值f<subgt;1</subgt;，將集合{X}中大于f<subgt;1</subgt;的點積所對應的點保留，3取中值得到p<subgt;m</subgt;(x<subgt;m</subgt;，y<subgt;m</subgt;，z<subgt;m</subgt;)，4計算得到閾值f<subgt;2</subgt;，將距離集合{dist}中小于f<subgt;2</subgt;的距離所對應的點保留，5采用最小二乘法擬合平面。這種基于統(tǒng)計分析的點云平面提取方法不需要人工指定閾值，對噪聲具有較強的魯棒性，理論上最大可適應50％的噪點，結果客觀且穩(wěn)定，無需隨機抽樣，可在短時間內計算得到最優(yōu)平面參數(shù)。

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【技術實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術涉及點云平面提取領域，尤其是指一種基于統(tǒng)計分析的點云平面提取方法。

技術介紹

1、平面提取在機器視覺檢測以及三維點云特征提取方面是很重要的研究課題。在機器人視覺尺寸檢測應用中，快速而準確地提取被測平面特征是機器人視覺檢測的重要條件，因此從點云數(shù)據(jù)中提取平面特征在機器人視覺尺寸檢測中有重要作用和意義。

2、國內外大量學者對這一領域做了很多研究，提出hough變換，區(qū)域增長等平面提取方法，但此類方法需要人工指定閾值，閾值的設定對算法的性能有很大影響，指定的閾值對點云噪聲敏感，當點云中存在噪聲時，閾值法可能會將噪聲誤判為目標點云，導致提取結果不準確且不具有魯棒性；隨機采樣一致(random?sample?consensus，ransac)方法每次抽樣需要從點云中隨機選擇樣本點來估計平面參數(shù)，并計算剩余點云與平面的偏差，計算量非常大，算法運行時間較長，且需要事先設定閾值。且由于ransac算法是基于隨機采樣的，因此無法保證每次抽樣都能得到最優(yōu)的平面參數(shù)。在某些情況下，算法可能會陷入最優(yōu)解而無法得到全局最優(yōu)解。

3、絕對中位差(median?absolute?deviation,mad)在統(tǒng)計學中，是對單變量數(shù)值型數(shù)據(jù)的樣本偏差的一種魯棒性測量，比標準差更能適應數(shù)據(jù)集中的異常值。對于標準差，使用的是數(shù)據(jù)到均值的距離平方，較大的偏差權重較大，異常值對結果影響不能忽視。對于mad，少量的異常值不會影響實驗的結果。本專利主要基于mad統(tǒng)計分析提取點云平面。

技術實現(xiàn)思路>

1、本專利技術的目的在于提供一種基于統(tǒng)計分析的點云平面提取方法，在點云平面提取過程中，基于統(tǒng)計分析的方法確定所需閾值，算法穩(wěn)定且適應性強。

2、為了實現(xiàn)上述目的，本專利技術提供一種基于統(tǒng)計分析的點云平面提取方法，具體工作過程如下：

3、1.提取3d傳感器拍攝得到的物體點云中點的法向量n(nx，ny，nz)，并對n(nx，ny，nz)中各分量分別存儲，得到分量集合{nx}，{ny}，[nz}，對各分量集合分別從小到大排序并取中值，得到參考法向量nr(nrx，nry，nrz)；

4、2.將點云中每個點ni(i＝，2，...，i)的法向量與參考法向量nr做點乘，得到點積集合{x}，采用mad方法，由以下公式(1)(2)計算得到并根據(jù)公式(3)計算得到閾值f1，將集合{x}中大于f1的點積所對應的點保留；

5、xmad＝median(|xi-median({x})|)?????(1)

6、

7、

8、其中，median()表示變量中位數(shù)計算；k為常量，表示比例因子，將mad當作標準差σ估計的一種一致估計量，其值取決于分布類型，對于正態(tài)分布數(shù)據(jù)，假設有50％的噪點，查表可得k＝1.4826。

9、3.對步驟2保留的點的坐標p(x，y，z）的各分量分別存儲，得到分量集合{x}，{y}，{z}，對各分量集合分別排序，并取中值得到pm(xm，ym，zm)；

10、4.結合參考法向量nr(nrx，nry，nrz)，由公式(4)計算各點到該平面的距離集合，表示為{dist}，采用mad方法，由公式(5)(6)計算得到并根據(jù)公式(7)計算得到閾值f2，將距離集合{dist}中小于f2的距離所對應的點保留；

11、dist＝|[(x，y，z)-(xm，ym，zm)]·(nrx，nry，nrz)|????????????(4)

12、distmad＝median(|ditsti-medtian(dist)|)?????????(5)

13、

14、

15、5.采用最小二乘法擬合平面，計算步驟4中保留的點與平面的距離誤差，統(tǒng)計誤差的均值和標準差，分別表示為dmean、drms，并根據(jù)公式(8)(9)計算得到閾值f3和f4，將誤差在閾值區(qū)間[f3，f4]內的點保留，使用最小二乘法擬合平面，即可得最終平面；

16、f3＝dmean-2.5*drms??????????????????(8)

17、f4＝dmean+2.5*drms??????????????????(9)

18、本專利技術所述的一種基于統(tǒng)計分析的點云平面提取方法的有益效果是：這種基于統(tǒng)計分析的點云平面提取方法不需要人工指定閾值，對噪聲具有較強的魯棒性，理論上最大可適應50％的噪點，結果客觀且穩(wěn)定，無需隨機抽樣，可在短時間內計算得到最優(yōu)平面參數(shù)。

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【技術保護點】

1.一種基于統(tǒng)計分析的點云平面提取方法，其特征在于：包括以下步驟：

【技術特征摘要】

1.一種基于統(tǒng)計分析的點云平面提取...

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：張一丁，張靜怡，王浩田，張冬運，
申請(專利權)人：蘇州北碩檢測技術有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：

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