基于FPFH描述子的高效点云配准与拼接方法

为提高点云拼接精度,针对物体表面平整光滑而寻找关键点要求高的问题,提出1种改进的基于快速点特征直方图(FPFH)描述子的点云配准方法。对待配准的点云进行体素降采样,以此点作为关键点,并计算FPFH描述子用以描述局部特性;估计两点云之间点到点的对应关系,并经过随机采样一致性(RANSAC)算法取内点、去外点,估计初始位姿;利用迭代最近点(ICP)方法对点云进行精配准,完成点云数据的配准;依次对相邻的点云进行配准,获得旋转平移矩阵,实现点云拼接。利用公共数据集点云与自主扫描的石头点云数据,采用本文方法与传统ICP方法进行对比仿真实验,验证本文方法的有效性。结果表明:与传统ICP配准方法相比,本文方法的适应度分数为1.579E−05,显著低于点到点和点到面ICP配准方法的适应度分数;对于公共数据集不同角度下的点云拼接,本文方法的相邻点云间配准平均适应度分数达到2.058E−04,平均MSE为0.075;对于自主扫描的石头点云拼接,去除错误匹配点对后保留的对应关系基本呈现平行效果,拼接结果符合预期。使用降采样点作为关键点,并计算FPFH描述子后进行点云配准,不仅可有效降低计算复杂度,配准精度也得到显著提升,尤其在处理表面平整光滑的物体时,本文方法可为点云拼接提供良好基础,具有较好的实用性。