基于特征点和改进ICP的三维点云数据配准算法

在光学非接触三维测量中,复杂对象的重构需要多组测量数据的配准。最近点迭代(ICP)算法是三维激光扫描数据处理中点云数据配准的一种经典的数学方法,为了获得更好的配准结果,在ICP算法的基础之上,提出了结合基于特征点的等曲率预配准方法和邻近搜索ICP改进算法的精细配准,自动进行点云数据配准的算法,经对牙齿点云模型实验发现,点云数据量越大,算法的配准速度优势越明显,采用ICP算法的运行时间(194.58 s)远大于本算法的运行时间(89.13 s)。应用实例表明:该算法具有速度快、精度高的特点,算法效果良好。     

ICP算法在3D点云配准中的应用研究

三维点云配准是逆向工程中的关键。为提配准确度,提出了一种基于曲率特征点的ICP改进算法。算法在初始配准的基础上,采用二次曲面逼近的方法求得每一点的方向矢量和曲率,利用据曲率确定特征点集,并根据方向矢量调整对应关系,减少了ICP算法的搜索量,提高了ICP算法的效率。针对目标函数,引入Niloy坐标框架,可以根据点云距离调整收敛速度和配准精度。改进后的算法在精确度基本不受影响的情况下提高了配准速度,进行仿真实验。实验验证了配准效果和算法的稳定性。     

基于线特征及迭代最近点算法的地基建筑物点云自动配准方法

为克服迭代最近点(ICP)算法易陷入局部最优的缺陷，提出一种基于线特征及ICP算法的地基建筑物点云自动配准方法。首先，基于法向一致性进行建筑物点云平面分割；接着，采用alpha-shape算法进行点簇轮廓线提取，并拆分和拟合处理得到特征线段；然后，以线对作为配准基元，以线对夹角和距离作为相似性测度进行同名特征匹配，实现建筑物点云的粗配准；最后，以粗配准结果为初值，进一步采用ICP算法完成点云精确配准。利用两组部分重叠的建筑物点云进行配准实验，实验结果表明，采用由粗到精的配准方法能有效改善ICP算法对初值依赖的问题，实现具有部分重叠的建筑物点云的有效配准。     

迭代最近点算法的改进策略

迭代最近点（Iterative Closest Point, ICP）算法是一种最为常见的点云配准方法，虽然配准精度高，但收敛速度慢，对含噪声、覆盖率较低点云的配准效果不佳。鉴于此，本文提出3种ICP算法的改进方法。针对含噪声的点云，采用概率ICP算法来抑制噪声点对配准结果的影响，提高配准精度；为了提高点云配准速度，采用坐标ICP算法实现点云的快速配准；针对低覆盖率点云，采用盒子ICP算法实现配准，可以大大提高配准精度和速度。通过兔子点云配准实验表明，3种改进的ICP算法在点云配准精度和速度方面都有很大程度的提高，均为有效的点云配准方法。     

基于改进ICP算法的点云自动配准技术

在零件的型面检测过程中,通常有数据采集、曲面重构、曲面配准和误差求取几个步骤。其中,曲面之间的配准是检测中关键的一环。针对传统的经典ICP(Iterative Closest Point)算法在配准过程中受噪声干扰大、鲁棒性差的缺点,在应用点云主方向贴合的粗略配准基础上,以经典的ICP算法为基础,提出了点云数据的欧氏距离阈值去噪和点云的方向矢量夹角阈值两种方法改进ICP算法,并应用改进算法作为点云之间的精确配准算法。对于经过初始配准的点云数据使用欧氏距离阈值法剔除点云间点对的噪声,并经点云各点间的方向矢量夹角阈值进行对应点采样,提高了传统ICP算法的效率和精度。经飞机和汽车零件点云配准实验验证,本算法的配准误差在±1μm内。算法具有设计简洁,响应快速的特点,有实际工作意义。     

基于Kinect的点云配准方法

Kinect采集的点云存在点云数量大、点云位置有误差,直接使用迭代最近点(ICP)算法对点云进行配准时效率低.针对该问题,提出一种基于特征点法向量夹角的改进点云配准算法.首先使用体素栅格对Kinect采集的原始点云进行下采样,精简点云数量,并使用滤波器移除离群点.然后使用SIFT算法提取目标点云与待配准点云公共部分的特征点,通过计算特征点法向量之间的夹角调整点云位姿,完成点云的初始配准.最后使用ICP算法完成点云的精细配准.实验结果表明,该算法与传统ICP算法相比,在保证点云配准精度的同时,能够提高点云的配准效率,具有较高的适用性和鲁棒性.     

基于平移域估计的点云全局配准算法

针对迭代最近点(ICP)算法需要两幅点云具有良好的初始位置,否则易陷入局部最优的问题,提出了一种基于平移域估计的点云全局配准算法。首先分别计算数据点云和模型点云的去模糊主方向点云,利用两者平行于坐标轴的包围盒估计平移域范围;其次利用改进的全局ICP算法在估计出的平移域和[-π,π]³的旋转域中进行全局搜索配准。该算法可以根据待配准点云自适应地估计平移域的大小,进行全局自动配准,配准过程中不需要计算点云的特征信息,所需设置的参数少,对点云的初始位置没有要求。实验结果表明,所提算法能够获取全局优化的精确的配准结果,同时提高了全局配准的效率。     

基于双向随机KD树的点云配准

在三维跟踪及逆向工程三维重建的过程中,需要采集大量物体表面的特征点（点云）数据,为达到更好的重建结果,采用多视角采集点云方式。多片点云数据的配准（Registration）是目前的研究热点之一。对点云快速配准方面传统采用的ICP算法加以改进,提出基于相机标定和双向随机KD树的ICP改进算法,提高了ICP在应对小型点云时的匹配精度。     

融合PCA的改进ICP激光点云配准算法北大核心CSCD

针对迭代最近点(iterative nearest point,ICP)算法进行点云配准过程中需要输入较好的初值和收敛速度较慢的问题,提出了一种融合主成分分析(principal component analysis,PCA)的改进ICP配准算法。首先,基于PCA计算两组点云的主方向,得到两组点云的初始位姿变换;然后,利用主轴基向量的关系校正主轴方向,完成两组点云的大致配准。针对具有部分重叠区域的点云,粗配准后利用KD-tree算法搜索最近点。根据点云重叠部分,提出一种利用有效点对进行ICP迭代求解算法,利用有效点对中欧式距离较大的点对,完成精配准。通过在公开数据集Bunny和实测数据支座点云上的实验表明,改进算法能够为ICP算法提供较好初值,加速具有局部重叠度的点云配准,同时对配准精度也有较高的鲁棒性。     

基于改进特征点检测的快速图像配准算法

针对传统特征点配准算法效率过慢、对特征点存在误检的现象,提出了一种基于特征点检测的图像配准算法.对特征点检测方法进行了改进,利用像素点与周围像素点的灰度关系滤除非特征点;对剩余的点使用提出的菱形模版进行精确检测,建立了特征点集合;利用迭代最近点(ICP)算法对特征点集合进行配准.实验结果表明:改进算法在特征点检测准确性和检测时间上明显提高,并且具有良好配准效果.     

SIFT算法在点云配准中的应用

提出一种精确有效的点云配准算法。通过对图像进行SIFT特征检测与匹配来获得特征点与匹配关系,用RANSAC算法剔除误匹配点,然后由映射关系获取三维对应特征点,采用投票法来进一步剔除误匹配点。在由单位四元数法获得点云初始位置关系的基础上,采用基于特征点的改进ICP算法来实现精确配准。通过实验验证,该算法在点云配准中具有速度快和稳定性好的特点。     

一种鲁棒的城市复杂动态场景点云配准方法

针对城市道路环境中面临的动态目标繁多、遮挡严重、以及GPS （全球定位系统）误差较大的问题,提出了一种无需检测动态目标且可以适应不同初始位置误差的快速、鲁棒的配准方法.首先,使用区域生长方法对去除地面的障碍物点云进行目标分割,并通过设定约束条件优化分割效果,生成点云的目标重心点集合;然后,提出了一种多层嵌套的RANSAC （随机抽样一致性）算法架构,迭代地更新配准结果,实现重心点集的粗配准并去除外点;最后,利用ICP （迭代最近点）进行点云的精确配准.与传统RANSAC方法的对比实验表明,该方法能够在复杂的动态场景和较大的初始位置误差下完成精确可靠的点云配准,且其配准成功率和配准速度明显高于传统方法.     

面向地图点集的多尺度层级ICP算法

地图点集具有点数多、结构复杂等特点,通常对其配准耗时严重,难以满足自主驾驶等情况下的实时性要求.利用多尺度层级化思想,提出一种多尺度层级ICP算法MSICP( Multi-scale Iterative Closest Points),提高了配准速度和精度.所提算法先对待配准图像点集进行稀疏化,随后将稀疏点集配准后的转换矩阵作为原稠密点集配准的转换矩阵初始值,最终实现对原始图像点集的ICP快速精确配准.实验结果表明,所提算法的配准速度及精度优于其他ICP算法,具有一定的实用价值.     

基于牙颌模型的散乱点云配准技术研究

在牙齿三维矫正中需要对牙齿进行排列,常用方法是通过人机交互完成,效率不高。提出了一种基于粒子群的自动化排牙方法,将每颗牙齿上的特征点到标准牙弓曲线的距离和作为目标函数,利用粒子群算法对解空间进行搜索,在搜索过程中加入约束条件,得到牙齿移动的最终位置。利用算法对牙齿进行排列,可以省去人机交互中的平移等操作。实验结果表明：该算法能够有效地用于牙齿三维矫正中,提高了排牙效率。     

基于局部特征的点云配准算法

针对覆盖率较低的点云,提出一种基于局部特征的点云配准算法。首先提取点云 的局部深度、法线偏角和点云密度等局部特征,得到局部特征描述子;然后计算局部特征集的 相关性,得到相关候选点集;再次通过删减外点达到点云粗配准的目的;最后采用基于旋转角 约束和动态迭代系数的改进迭代最近点(ICP)算法,实现点云的细配准。实验结果表明,基于局 部特征的点云配准算法可以实现覆盖率较低点云的精确配准,是一种精度高、速度快的点云配 准算法。     

扫描点云的一种自动配准方法

针对无任何预知信息下的扫描点云数据配准问题,通过引入新的匹配点对度量准则和改进最近点迭代算法,提出一种扫描点云数据的自动配准方法.该方法分为初始配准和精细配准2个阶段.初始配准阶段中,在考虑孤立点的曲率相似度的基础上,通过引入一种新的点的邻域曲率相似度度量准则,构造出一个有效的一一对应的初始匹配点对数组;然后根据刚体变...     

基于K-means聚类和RANSAC的图像配准算法研究

针对图像配准中特征点匹配方法存在实时性不高和精度低的问题,提出了一种基于K means聚类和RANSAC的图像配准算法。该算法根据匹配点对距离和方向特征的视差约束条件,首先利用K means聚类对匹配点对进行预处理,剔除大部分错误匹配点,然后利用RANSAC进行二次优化,实现了图像的快速和精确配准。实验结果表明,该算法不仅提高了图像配准的精确度,而且提高了图像配准的速度。     

利用Kinect深度信息的三维点云配准方法研究

针对三维重建中的点云配准问题,提出一种基于点云特征的自动配准算法。利用微软Kinect传感器采集物体的多视角深度图像,提取目标区域并转化为三维点云。对点云进行滤波并估计快速点特征直方图特征,结合双向快速近似最近邻搜索算法得到初始对应点集,并使用随机采样一致性算法确定最终对应点集。根据奇异值分解法求出点云的变换矩阵初始值,在初始配准的基础上运用迭代最近点算法做精细配准。实验结果表明,该配准方法既保证了三维点云的配准质量,又降低了计算复杂度,具有较高的可操作性和鲁棒性。     

基于混合遗传算法和点面距离测度的深度像配准*

提出一种利用改进的遗传算法和点面距离作为误差测度的深度像精确配准算法。与现有ICP框架下的迭代算法不同,将深度像配准视为高维空间的一个优化问题,通过在遗传算法中加入退火选择、爬山法以及参数空间的动态退化来加速寻找最优的位置转换关系。同时,采用一种新的基于点面距离的适应函数来计算配准误差,使得算法具有更强的鲁棒性。实验结果表明,该算法不需要初始的运动参数估计,具有较高的配准精度,收敛速度快且抗噪声能力强。