基于点特征直方图的点云自动配准算法研究

三维激光点云数据处理工作中,点云配准工作是后续的所有点云分析以及三维重建等工作的关键。综合分析现有配准算法的不足,在点云初始配准阶段,本文采用了Rusu等提出的基于点特征直方图的采样一致性初始配准算法(SAC-IA),并从从算法准确度和效率角度提出了改进:加入了采样点几何形状约束以保证采样点不共线,通过计算点特征直方图差异代替了欧式距离差异改进了误差评定方法。在点云精细配准阶段,本文采用了F.Pomerleau等提出的改进后的ICP算法,并在此基础上提出了一种基于点云重叠区域的精细配准算法。实验结果分析,该算法配准精度较高,能够满足点云配准要求。     

基于改进粒子群算法的散乱点云数据配准

提出了一种基于改进的粒子群与ICP算法相结合的点云数据配准算法,该算法主要依据点云数据之间的曲率相似度函数,采用改进的粒子群算法在两组待配准点云中搜寻到与之相匹配的点对集合进行初始配准,再将得到的配准结果作为迭代ICP算法的初始位置进行二次精细配准,从而实现两组散乱点云的配准。实验表明,该算法可以有效避免遗传算法可能陷入的局部最小值,与仅使用ICP算法相比,配准的运行时间大大缩短了,且稳定性和可靠性较好。     

基于空间正交投影与整体优化的楼梯建模

目前基于点云的楼梯建模方法大多聚焦于点云分割层面,而对于楼梯精细化建模的相关研究较少。许多基于楼梯三维点云的语义分割方法虽然速度较快,但是无法准确获得楼梯的三维结构信息,难以广泛应用于规则楼梯的精细化建模。本文利用楼梯台阶正交和平行的几何特性,提出空间正交投影与整体优化相结合的楼梯精细化建模方法。该方法首先利用主成分分析法确定楼梯主方向。之后进行楼梯点云正立面及侧立面的正交投影,并绘制点云分布直方图;然后根据直方图的峰值确定楼梯踏步和踢面的近似边缘位置,运用α-Shape算法精确提取;最后采用含二次型限制条件的最小二乘法进行边缘规则化及误差分析。通过对某楼梯的重建结果的统计分析表明：用本文方法提取的踏步宽度及踢面高度的均方根误差分别为±9 mm及±3 mm,本文提出的方法具有算法简单、抗噪能力强的优点,可广泛应用于规则楼梯的精细化建模。     

基于三维激光扫描技术的隧道施工期变形监测研究

三维激光扫描技术具有两次扫描即可获取区域变形场的特点,可弥补全站仪和收敛尺测量数据点少、反映变形不全面的局限性。本文将三维激光扫描技术应用到新奥法隧道施工期收敛测量中,采用基于大地坐标系的坐标配准方法,保持隧道扫描数据原始空间位置,在此基础上进行变形分析。提出了从点云数据获取变形场的方法,介绍了提取隧道断面以及断面上任一点变形值的过程。针对施工中隧道断面不规整的特点,提出利用等效半径来反映整个断面的收敛特征,分析了隧道断面收敛变形沿隧道轴线方向的变化趋势。实际工程案例应用表明三维激光扫描技术能够达到隧道变形监测的精度要求,并通过传统变形测量方法验证其可靠性。     

罗德里格矩阵在相似模型坐标配准中的应用

为减小开采沉陷相似模型指定方向变形计算的误差,需要对相似模型监测点的三维坐标进行转换和配准。传统坐标配准方法需要解算三个旋转角参数,具有计算复杂等缺点。罗德里格矩阵只需解算3个独立参数,具有计算速度快等优点,可以快速解决三维坐标转换和配准计算。本文以XJTUDP三维坐标转换为例,利用罗德里格矩阵给出了平移矩阵的计算模型以及旋转矩阵的误差方程。计算结果表明,基于罗德里格矩阵的转换模型避免了三角函数和线性变化计算,提高了计算精度,降低了计算复杂度,对提高相似模型变形分析精度具有实际意义。     

基于地理坐标的地下工井点云配准研究

地下工井是工作人员对电力线路进行运检时的重要手段之一,通过采用三维激光扫描仪对地下工井进行扫描可以获取工井的点云数据,但其通常是以扫描仪中心为原点的独立坐标系统,为点云配准带来了问题。基于此,本文提出了基于地理坐标的两种配准方法较好地解决了工井点云数据的配准问题,为后续的点云数据处理与建模奠定了基础。     

3D激光表达控制产品设计与实现

对于复杂异形锻造产品的设计,现有设计方法在局部几何端面的细节表达方面效果不佳,整体设计耗时长,模型的总体精度也不能满足设计要求。提出一种基于3D激光表达的机动车底盘控制系统羊角连接设计方法,构建3D激光表达模型,利用激光束对产品进行空间扫描,提取产品表面的3D激光点云数据集合;基于融合阴影恢复技术对产品表面阴影区域梯度变化较大的特征点进行精确测量,按照提取的三维空间坐标对羊角连接的空间标定点进行精确配准,提高产品的设计精度。实验表明基于3D激光表达控制产品设计对比传统设计方法,可以大幅提高产品精度、减少设计耗时、产品的整体性更好。     

特大钢结构使用雷达与无人机高精密测量技术

为达到针对特大尺寸的钢结构进行高效研究、高精度的检测目的,本文针对地面区域激光点云的全面配准算法及无人机装置多视角视频图像的密集点云生成算法实施了详尽的研究.应用根据几何图形特征的迭代模式的整体配准型算法持续的对于观测数值约束操作以及解析计算,并把观测数值的修正误差范围控制在特定阈值的区间内,直至实现配准操作,完成整体...     

ICP算法在计算机辅助肝脏手术空间配准中的应用研究

针对计算机辅助肝脏手术中的空间配准技术中的手术前的CT图像与手术中的实际空间进行配准问题,本文提出一种基于ICP算法的手术空间配准技术,通过利用几何哈希法筛选出最佳的三维变换,然后用该变换作用到整个点云,最后完成点云的拼接,使得准确度更高。仿真试验结果表明,改进的ICP拼接算法精度高,适用于计算机辅助肝脏手术。     

改进的三维点云离群点滤除

针对目前基于欧式距离的点云离群点滤除算法效率低下、计算浪费的问题,提出了一种改进的算法。通过对三维点云模型进行空间单元格划分,进而构造基于单元格的最大连通域,保留最大连通域内点云数据点。试验结果表明,算法可有效去除点云模型的离群点。