摘要：提出一种面向自由视角扫描点云的两步法三维拼接算法。首先在重叠区域采样出两片大致相似的点云，根
据空间坐标组合变换原理，使用N边形法进行预拼接，获取预拼接的转换矩阵参数，尽量缩小两片点云间的位置关系；然后，基于初始位姿对采样点云使用改进的ICP算法微调精拼，融合传统的迭代最近点距离度量函数的优点，通过分层次设定迭代终止条件和多次重采样获取对应点对，达到减少迭代次数，同时保证全局最小收敛。试验结果表明，该三维拼接两步法具有较高的拼接精度和好的操作性，适用于不能进行粘贴标记点和转轴固定的特殊三维视觉测量领域。
关键词：三维扫描，配准，自由视角，迭代最近点法中图分类号：TG386文献标识码：A
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前言
12迭代最近点拼接算法迭代最近点拼接算法（ICP）是由Besl和McKay7提出，它是一种以几何结构为主的拼接、配准算法，该算法实现首先找出需拼接点云之间的对应关系，利用反复迭代的方法缩小两组点云的距离，逐步减小误差，找出一组具有距离最小平方差的几何转换矩阵，使两片点云经过几何转换精确拼接对齐一起8。该类方法不需要额外的特征就能实现两个物体的拼接，然而ICP算法仍然有自身的缺陷：（A）为了避免陷入局部最小化的错误配准，该算法需要有个好的转换参数的初始估计值；（B）当要配准的两个曲面数据量较大时，在每次迭代过程中最近点的搜索计算量很大，导致算法实现很耗时；（C）即使对无噪音的数据，也不能一定保证获取正确的结果，不能保证收敛到全局（甚至局部）最小值鲁棒性较差。
1相关算法研究与分析
目前的拼接技术大致可分为基于机械转轴的拼接，基于标志点粘贴识别的拼接及基于最近点迭代收敛算法的拼接三大类，这三类方法各有自身的优点和适用条件。11基于转轴和标志点的拼接技术文献3对基于机械转轴的拼接算法原理及实现做了详细的描述。其原理是利用一个步进电机驱动旋转工作台，旋转拍摄多视角下的场景影像，记录相应角度值，通过标定出的基准坐标系和旋转台坐标系的空间位置关系，对不同视场的数据点云进行缝合，完成测量数据的采集和拼合。该算法精度依赖于机械精度，灵活性差，而且对测量有严格的位置限制，被测物体必须放置在旋转工作台上，因此很大程度的限制了其应用性。基于粘贴标志点拼接的方法目前得到广为应用，该方法属于有约束的拼接方法。首先人工在被测物体表面粘贴方便识别的标志点，采集若干标志点在不同视角下的三维坐标，依据标志点的空r