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本发明公开了一种基于方向直方图签名特征的工件的三维点云配准方法，属于机器视觉领域。首先通过内部签名描述算法提取出工件目标点云的关键点，然后采用方向直方图签名特征描述子对关键点进行特征描述提取，对关键点进行随机采样后在离线计算好的模板特征描述中结合二次约束即邻域约束和距离约束来搜索提取出配准点对，利用对偶四元数求解旋转矩阵和平移向量来实现点云的初始配准，在初始配准提供的初始位姿基础上利用迭代最近点算法实现点云的精确配准。和传统的基于二维图像上的配准相比，可以避免光照影响，降低物体摆放位置的要求，可以获得模板与目标之间较精确的位姿关系即两者之间的旋转矩阵和平移矩阵。