基于快速点特征直方图的树木点云配准

来源：中国农机化学报杂志2022年第2期北京时间：

作者：林榆森, 李秋洁, 陈婷,

单位：1. 南京林业大学机械电子工程学院，南京市，210037； 2. 南京理工大学自动化学院，南京市，210094

摘要：随着农林业智能化与信息化发展，树木三维重建技术成为国内外研究的热点。为获取具有颜色信息的树木三维点云，需配准不同视角下的彩色点云数据，为果树三维重建提供基础数据。为此采用仿真树模拟果树，提出一种基于快速点特征直方图（FPFH）的树木点云配准方法，通过添加标定物增加具有稳定FPFH特征的点云个数，从而提高点对配准精度。首先，采用第二代Kinect相机获取树木多个视角的RGB图像和深度图像，通过数据融合、背景去除、滤波等预处理步骤，得到待配准的树木彩色点云数据。然后，使用采样一致性初始配准算法（SACIA）根据FPFH特征寻找不同视角下的匹配点对，求取近似变换矩阵。最后，采用最近点迭代算法（ICP）优化初始配准结果。此外，探讨Kinect采集距离、高度、视角差对配准精度的影响，确定最佳的数据采集方式：相机到树木中心的距离为2 m，相机高度为10 cm，每次扫描间隔45°。试验结果表明：设置标定物可以获取鉴别力更强的FPFH特征，提高配准精度，最终配准误差小于1.9 cm。

关键词：树木点云配准,快速点特征直方图,Kinect相机,采样一致性初始配准,最近点迭代

基金资助：国家自然科学基金项目（31901239）；江苏省农业科技自主创新资金（CX（18）1007）