基于三维激光特征二次匹配的室外景观建模方法

激光扫描建模中通常采用一次匹配技术,但是室外三维景观处于三维环境下,一次匹配会导致大量激光点云数据特征丢失,导致室外景观三维建模效果差。提出基于二次匹配技术的室外景观三维激光建模方法。首先,在三维激光扫描技术中引入SFM方法,以此获取完整的点云数据,选取控制点进行初始配准,通过ICP算法精确配准两种点云数据。为提高点云数据的融合性,针对数据颜色等特征进行二次匹配,实现点云数据融合。最后,使所有点云数据在同一坐标中,将融合过的点云数据进行去噪、滤波和点云拼接等预处理,将数据中的两种曲面进行拟合并导入三维软件中,实现室外景观建模。试验结果表明,所提方法的三维景观建模立体水平较高,建模效果清晰,精度较高。     

基于PCA-TrICP的多源点云无缝三维重建

针对三维重建时使用单一数据源的局限性问题,融合异源的倾斜影像和三维激光点云进行三维实景重建。在前期工作中,利用倾斜摄影技术对校园图书馆建立初始模型,生成影像点云,并使用三维激光扫描仪获取其立面数据,完成去噪及拼接等预处理工作。针对预处理过后的影像点云和激光点云数据的配准,首先使用主成分分析方法对数据降低维度,对齐跨源点云的姿态方向,并利用数据的空间几何中心匹配得到初始位姿;然后使用TrICP算法完成低重叠率的跨源点云的精确配准。实验结果表明,本文粗配准方法的精度达到0.32 m,远高于快速点特征直方图算法精度;在精配准的精度分析中,建筑物立面的独立精度为0.03 m、0.08 m、0.22 m,整体精度相对于传统ICP算法提高了53.5%,达到了0.08m。     

基于随机采样一致性算法的激光点云大数据自动配准技术

激光点云大数据中存在冗余数据，导致其大数据自动配准过程中存在配准速率慢、精度差等问题，为此提出基于随机采样一致性算法的激光点云大数据自动配准技术。将初始半径和最小邻域拟作自定义变量，使用密度聚类法剔除冗余激光点云数据，运用双边滤波平滑点云信息；分析不同角度下两组激光点云数据的刚体变换关联，获取对应且不共线的采样点，将模型点配准率作为激光点云采样数据和真实数据一致性衡量指标，完成激光点云大数据初始配准；通过迭代最近法找出两个点云集合的最近点，利用M-估计方法优化误差惩罚函数，实现激光点云大数据自动配准。仿真结果证明，应用所提方法得到在未引入噪声时的激光点云数据配准重合度为0.97,噪声环境下的点云配准重合度为0.96,配准平均耗时为59.6 s。     

自适应局部邻域特征点提取和匹配的点云配准

点云配准是三维重建的关键技术之一。针对点云匹配中迭代最近点算法(ICP)速率低、对初始位置要求高的问题,提出了一种基于自适应局部邻域特征点提取和匹配的点云配准方法。首先根据局部表面变化因子与平均变化因子的大小关系,自适应地提取特征点;其次利用快速点特征直方图（FPFH）综合描述每个特征点的局部信息,结合随机抽样一致性（RANSAC）算法实现粗配准;最后根据得到的初始变换矩阵和基于特征点的ICP算法实现精配准。对斯坦福数据集、含噪声的点云以及场景点云进行配准实验,实验结果表明:所提出的特征点提取算法能高效地提取点云的特征;相比于其他特征点检测方法,所提方法在粗配准中的配准精度和配准速度更高,且抗噪性能更好;与ICP算法相比,基于文中特征点的ICP算法在斯坦福数据集和场景点云中的配准速度提升了约10倍,在含噪声的点云中,能根据所提取的特征点高效地进行配准。该研究为提高三维重建和目标识别的匹配效率提供了一种高效的方法。     

大规模城市三维重建中点云配准及平面提取研究

点云配准是大规模城市三维重建中的重点问题。考虑到楼宇与地面是城市的主要组成部分,而平面是构成它们的重要几何元素,本文提出了一种通过匹配平面结构来进行大规模城市点云数据配准的新方法。为了准确获得点云平面,本文针对现有聚类方法仅依靠数据点的相关性而导致平面结构错误提取的情况,提出了一种同时结合数据点相关性和模型假设相关性的联合聚类算法。获得平面结构后,论文采用随机采样策略将提取的平面结构匹配,获取点云间的变换矩阵,完成点云的配准。实验结果表明了本文联合聚类算法可以很好地提取点云中平面,同时也验证了利用平面结构匹配对城市点云配准的有效性。由于本文算法仅需对稀疏点云进行处理来完成配准,降低了配准中的计算量与复杂度,所以十分适合应用于大规模城市三维重建。      

基于标定信息的高低分辨率图像配准方法

针对激光三维成像系统分辨率较低,特征点不易提取,同时与可见光成像系统图像配准实时性不高的问题,提出了一种基于标定信息的低分辨率距离图像与高分辨率强度图像配准方法。首先,通过对激光三维成像系统与可见光成像系统进行标定,得到了二者的内参数、外参数以及畸变系数;其次,利用二者的标定信息,通过构造像素匹配模型,确定了低分辨率距离图像像素点所对应的高分辨率强度图像像素点。最后,通过遍历低分辨率距离图像每一个像素点,实现低分辨率距离图像与高分辨率强度图像的像素配准。实验结果表明:该方法在保持准配精度基本不变的情况下,配准时间从2.111 s减为0.856 s,降低了算法的时间消耗,具有一定的可行性。     

激光点云与密集匹配点云联合测量方法研究

针对地面激光扫描仪在进行作业时，有时因遮挡视线而无法采集数据的问题，设计了一种利用改进的采样一致性初始配准(Sample Consensus Initial Aligment, SAC-IA)算法在异源多视角点云中进行联合测量的方法。将三维激光扫描仪从地面视角采集的点云和倾斜摄影测量从空中视角获取的影像密集匹配点云，使用改进的采样一致性初始配准(SAC-IA)算法进行配准融合，实现了空中和地面视角的集成，大大减轻遮挡对测绘工作的影响。用某建筑物三维激光扫描得到的点云数据和倾斜摄影得到的密集匹配点云数据进行实验，并对配准融合后得到的点云数据进行了精度验证。实验结果表明，使用本算法配准点云数据时，比现有方法精度上有明显的提升，算法效率提高了57.46%～59.73%。同时，使用本方法配准融合的点云数据其精度小于5 cm,满足测图精度要求。     

基于斜率一致性的电气设备红外与可见光图像配准方法

针对电气设备同一场景间红外与可见光图像间难以 匹配的问题,提出了一种基于斜率一致性的图像配准方法。首先通 过基于多方向结构元素、不同权值的数学形态学边缘检测算法分别提取红外与可见光图像的 边缘,得到粗边缘图像; 然后通过SURF算法检测两幅边缘图像的特征点,根据正确的匹配点对之间斜率一致性的先 验知识,进行特征点匹配; 最后通过最小二乘法求得仿射变换模型参数实现两幅图像的配准。实验结果表明,本文方法 有效提高了匹配点对的正 确率,特征点的定位也更加精确,能够对电气设备红外和可见光图像实现高精度的配准 。     

一种简易的激光雷达点云与光学影像自动配准方法

将激光雷达点云与光学影像进行配准融合,在数字城市建模、自动驾驶和导航避障等方面有重要的应用价值。当前多数自动配准方法需要专门设计特殊的场景结构,操作复杂。根据激光雷达对玻璃具有穿透的特性,提出利用透明的门窗等室内建筑物场景来实现对激光雷达点云与光学影像的自动配准。首先,将激光点云量化为图像,提取光学影像与量化图像的门窗角点特征,并利用相关系数法实现特征点的自动匹配;然后,对激光雷达与相机之间的配准转换参数进行求解;最后,对两种数据进行配准融合。实验结果表明:利用室内门窗这种规则的半透明场景,可以轻松实现激光点云与光学影像的自动化配准,简单实用,操作性强。     

基于激光点云数据的三维运动图像重构技术北大核心CSCD

为了解决三维运动图重构时存在的重构测量距离与实际距离误差大、激光点云数据数量多和重构图像清晰度对比低的问题,提出了基于激光点云数据的三维运动图像重构技术,通过配准多帧激光点云数据,从中获取激光点云数据集,再采用平面拟合方法对激光点云数据集实行去噪处理,最后利用曲面重构法完成对曲面模型的拟合,实现三维运动图像重构。实验结果表明,通过对三维运动图像重构进行测量距离与实际距离的对比、激光点云数据数量的对比和测量图像与实际图像清晰度的对比测试,验证了三维运动图像重构技术的实用性高。     

Semiautomatic Registration of Pre- and Postbrain Tumor Resection Laser Range Data: Method and Validation

This paper presents a semiautomatic method for the registration of images acquired during surgery with a tracked laser range scanner (LRS). This method, which relies on the registration of vessels that can be visualized in the pre- and the post-resection images, is a component of a larger system designed to compute brain shift that occurs during tumor resection cases. Because very large differences between pre- and postresection images are typically observed, the development of fully automatic methods to register these images is difficult. The method presented herein is semiautomatic and requires only the identification of a number of points along the length of the vessels. Vessel segments joining these points are then automatically identified using an optimal path finding algorithm that relies on intensity features extracted from the images. Once vessels are identified, they are registered using a robust point-based nonrigid registration algorithm. The transformation computed with the vessels is then applied to the entire image. This permits establishment of a complete correspondence between the pre- and post-3-D LRS data. Experiments show that the method is robust to operator errors in localizing homologous points and a quantitative evaluation performed on ten surgical cases shows submillimetric registration accuracy.     

基于功率谱AR模型的3D激光虚拟图像重建研究

当前常用的无样本图像重建方法具有分辨率低的弊端,有样本图像重建方法得到的3D激光虚拟图像重建结果有很大误差。为此,提出一种基于功率谱AR模型的3D激光虚拟图像重建方法。建立功率谱AR模型,将Burg技术和自相关法结合在一起,得到合理的AR模型参数。在存在平移、旋转参数的情况下,在功率谱AR模型基础上对图像进行配准处理,先完成旋转步长,然后进行平移估计与步长,以提高旋转配准精度与平移配准精度。将3D激光虚拟图像信息看作希尔伯特空间的元素,依据配准结果,在重建的3D激光虚拟图像重建视觉效果达到要求或连续若干次迭代结果改变情况区域稳定的情况下,结束迭代,实现3D激光虚拟图像重建。经验证,所提方法重建精度最低为97%,重建误差最低为2%,而且重建花费时间较短,证明了本文方法在图像重建方面的优越性,可应用于图像重建的相关工作中。     

互相关算法在运动目标距离选通激光三维成像中的应用

在微光成像中,距离选通成像是一种获取目标三维信息的有效手段。对于静止目标而言,可以通过对目标切片成像,获得不同选通距离的目标图像,进而通过二值化算法或质心算法获得目标的三维图像。而对于运动目标而言,在切片成像的同时,目标的空间位置会发生变化,因此需要对不同选通距离的目标图像进行配准,而后才能获得目标的三维图像。搭建了基于像增强电荷耦合器件(ICCD)的距离选通实验系统,提出了一种基于像质评价的互信息配准算法配准激光图像目标的空间位置,然后对配准后的激光图像通过互相关算法获得三维图像,并在保证一定的三维精度基础上,逐渐减少激光图像的像幅数,最后与二值化算法和质心算法三维重构进行了实验对比,实验结果表明,互信息配准算法能够有效配准激光图像,互相关三维成像算法精度高于二值化法和质心法,最少采用2幅图像即可获得目标的三维点云图像,大大降低了对运动目标三维成像的难度。     

三维激光扫描的文物破损区域修复研究

为了提高文物破损区域修复能力,提出基于激光扫描的文物破损区域三维虚拟修复方法。构建文物破损区域三维激光扫描图像采样模型,采用激光扫描方法进行文物破损区域三维虚拟图像特征采集和信息配准,在虚拟计算机视觉下进行文物破损区域三维虚拟图像重构,结合模糊信息增强技术进行文物破损区域三维图像的信息增强处理,构建三维图像特征重构模型,采用高分辨的视觉信息重构技术进行文物破损区域三维激光扫描图像的信息重构和特征提取,提取文物破损区域三维激光扫描图像视觉特征量,采用三维视觉重构技术进行文物破损区域三维激光扫描图像特征配准设计,构建文物破损区域三维激光扫描图像的多维直方图结构模型,基于激光扫描技术实现文物破损区域三维虚拟修复。将本文方法与传统方法进行对比,在迭代次数为100时,本文方法的精度最高为0.923,所用时间最短为9.23 s,输出信噪最高为46 dB,开销最低为36元,仿真结果表明,采用本方法能有效实现文物破损区域三维虚拟修复,且修复的精度较高。     

一种适用于激光共焦扫描显微镜的体绘制

激光共聚焦扫描显微镜(LCSM)主要运用于生物医学研究,利用其采集的序列二维断层图像重构三维图形是LCSM系统的重要组成部分。主要研究了LCSM系统数据场的体绘制方法,根据其数据场特点,提出了最大值绘制算法。实验结果表明,此方法适用于LCSM系统,能够生成逼真的三维图形。     

基于高程和地物光谱约束的多光谱图像预处理算法

分视场滤光片型多光谱相机在利用拼接和配准生成多光谱图像时,受云、水等特殊地物的影响,利用现有方法生成的结果图像上容易出现条带噪声和错配现象。提出了一种三维信息约束下的尺度不变特征转换(SIFT)图像配准和地物光谱特性约束下的多光谱图像预处理算法,该算法利用三维信息约束的SIFT算子提高配准精度,同时在地物光谱特性约束下选取有效的辐射校正点提高图像拼接时各条带图像灰度的校正精度。实验结果表明,利用该方法对分视场多光谱相机数据进行预处理时,即使图像上存在云、水等特殊区域的地物,结果图像仍能保持高精度配准且无条带噪声。