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针对三维点云数据配准过程中最近点搜索效率和配准精度差的问题，提出一种基于单位四元数的ICP改进算法．首先，采用扩展方向可控的二次栅格化点云数据的策略搜索最近点对；然后根据所得对应点对求取参考点云和待配准点云间的变换矩阵；最后依据变换矩阵实现点云数据的配准．实验结果表明，所提算法在配准时间和配准精度上均有一定程度的提高，证明该算法是有效可行的．