基于二次特征提取的煤矿巷道表面点云数据精简方法

采用三维激光扫描技术提取的煤矿巷道表面点云数据量大且存在较多的冗余数据,而现有点云数据精简方法存在大数量级点云处理过程中细节保留不足的问题。针对上述问题,提出了一种基于二次特征提取的煤矿巷道表面点云数据精简方法。首先对采集到的原始巷道点云数据进行去噪预处理;其次建立K-d树,并利用主成分分析法对去噪后点云数据估算来拟合邻域平面的法向量;然后通过较小的法向量夹角阈值对点云进行初步的特征区域与非特征区域划分,保留特征区域并随机下采样非特征区域,接着依据较大的法向量夹角阈值将特征区域点云划分为特征点和非特征点,并对非特征点进行体素随机采样;最后将2次点云精简结果与特征点合并得到最终的精简数据。仿真结果表明,该方法在百万数据量级点云和高精简率条件下,相较曲率精简方法、随机精简方法和栅格精简方法,在特征保留和重构精度方面都取得了更好的效果,三维重构后计算所得标准偏差平均可低于相同精简率下其他方法 30%左右。     

结合密度阈值和三角形组逼近的点云压缩方法

针对非均匀采集点云数据压缩中压缩精度和压缩时间较难权衡的问题,提出一种结合密度阈值和三角形组逼近的压缩方法,并且用八叉树划分得到的非空体素来设置密度阈值以构造三角形组,实现点云表面模拟。首先,根据体素内点的分布确定三角形组的顶点;接着,排序顶点以生成每个三角形;最后,引入密度阈值来构造平行于坐标轴的射线,根据射线与三角形的交点来生成不同密度区域上的细分点。采用dragon、horse、skull、radome、dog和PCB点云数据,对改进区域重心法、曲率压缩法、改进曲率分级法、K近邻长方体法和所提方法进行对比实验。实验结果表明,在相同体素尺寸下,所提方法的特征表达效果优于改进区域重心法;在压缩率接近的情况下,所提方法在时间效率上优于曲率压缩法、改进曲率分级法、K近邻长方体法;在压缩精度上,所提方法所建模型最大偏差、标准偏差和表面积变化率皆低于改进区域重心法、曲率压缩法、改进曲率分级法和K近邻长方体法所建模型。实验结果表明,所提方法在较好地保留特征信息的同时,可在较短的耗时下对点云实现有效压缩。     

基于自适应椭圆距离的点云分区精简算法

利用传统点云精简算法进行散乱点云简化会导致点云模型部分细节特征的丢失或模糊以及影响非平面区域的光顺性。针对这些问题,提出基于自适应椭圆距离的点云分区精简算法。首先,通过对邻域点集进行微切平面与局部曲面的拟合,计算出各点的法矢及曲率等;其次,利用所得几何特征信息,提取点云边界特征以及完成点云平面区域与非平面区域的划分;最后,采用改进后的精简算法对不同区域进行简化。实验结果表明,该算法不但能够快速完成符合要求精简率的数据简化,还能保护点云模型的细节特征以及保证模型非平面部分的光顺性。经过软件分析得出,精简后模型与原始模型的距离误差的标准偏差为0.015 mm。     

保留几何特征的散乱点云简化方法

针对散乱点云简化时经常丢失过多的几何特征,提出一种保留几何特征的简化方法。首先采用均匀栅格法划分点云空间;然后分别以点云中的数据点为球心构建包围球,并在包围球中查找数据点的K邻域;随后构造一个非负函数用于度量重建曲面在各点处的曲率,进而提取并保留点云中的特征点;最后根据法向量的内积阈值对包围球中的非特征点进行适度简化。实验结果表明该方法不仅能够充分保留点云中的几何特征,而且具有速度快的特点。     

基于曲率特征的点云快速简化算法

为了提高实体反求的效率,提出一种点云快速简化算法.该算法依据特征点群曲率变化的特点在点云邻域拟合曲面上搜寻特征点并进行储存,依据搜寻结果对点云进行特征点分布评估,并根据评估结果设定相应的简化距离对点云进行简化.算法充分保留了特征区域点云,使得简化后的点云能够较好地表达形状,整个搜寻过程只针对高斯曲率极值点的附近点,相对于需要在全局上进行曲率计算的传统简化算法,该算法在运行速度上具有明显优势.     

智能配镜三维特征参数提取方法研究

摘 要：针对智能配镜中三维面部特征点提取算法复杂度较高的问题,提出一种将三维点 云转换为映射图像定位特征点的方法。采用 Voronoi 方法计算面部三角网格各顶点处的高斯曲 率、平均曲率。选取鼻尖、眼角等曲率特征明显的区域估计面部点云姿态。根据曲率旋转不变 性,使用初选的点云方向向量简化旋转矩阵的计算,使面部点云正面朝向视点。将点云映射转 换为图像,三维网格模型中三角面片一对一映射到图像中的三角形。搭建卷积神经网络,使用 Texas 3DFRD 数据集进行模型训练。进行人脸对齐,预测所得各面部特征点分别限制在图像某 三角形中。根据图像中三角形映射查找三维网格模型中对应三角面片,通过三角面片顶点坐标 计算配镜所需的面部特征点位置坐标,实现配镜特征参数的提取。     

点云模型自适应增加采样点算法

提出一种新的点集模型自适应增加啊采样算法.算法利用最小二乘法求出点云模型上每个点的局部光滑曲面片,并由所求得的曲面多项式计算点集曲面上每个点的曲率.通过对每个点及其邻点进行Voronoi剖分,求取每个点所控制的有效采样区域,然后根据曲率在有效区域内建立采样栅格,求取有效区域内的栅格点在曲面上的投影点即为新增采样点.该方法得到的增加采样模型可以较好地保持原点云模型曲面的几何性质,同时还可以通过选择不同的栅格得到适用于不同处理要求的点云模型.     

牙颌点云数据的显著性特征提取

随着激光扫描测量技术的发展,其数据测量精度的逐渐增高使得获取的几何模型表面点云数据的细节信息越丰富,能更准确的反应物体几何表面特征,但如此海量的点云数据同时也带来对应的技术挑战,海量的点云数据在计算机文件存储、数据后期进一步处理以及软件可视化方面都不方便且效率低下.本文中的算法首先采用栅格法对点云进行空间划分及领域关系的建立,其次利用局部表面拟合的方法估算点云法向量,然后利用点云K领域法的向量求解坐标点的显著性值,最后根据显著性的值构建点云八叉树.该算法实现了对点云显著性特征的提取和对点云数据量的进一步简化,它不仅保留了对点云细节特征保持方面的优势,而且在时间效率上得到了提高.     

基于FPFH特征提取的散乱点云精简算法

针对原始点云模型中存在大量冗余数据问题,提出一种基于快速点特征直方图(FPFH)特征提取的点云精简算法,有效兼顾了特征信息保留和整体完整性。算法首先查找并保留原始模型的边缘点;然后计算非边缘点的FPFH值,由此得到点云的特征值,并进行排序且划分出特征区域和非特征区域,保留特征区域内的点;最后将非特征区域划分为k个子区间,对每个子区间用改进的最远点采样算法进行采样。将该算法与最远点采样算法、非均匀网格法、k-means算法和自适应曲率熵算法进行对比实验,并用标准化信息熵评价方法对精简后的点云进行评价,实验表明其优于其他精简算法。此外,可视化结果也表明,该算法能够在保证精简模型完整性的同时,较好地保留住点云大部分特征信息。     

多视图立体三维重建中的孔洞修复算法

为了解决多视图立体三维重建算法不能很好地处理弱纹理或无纹理及高光区域的重建问题,提出一种基于可见外壳与多视图三维点云有机融合的多视图立体三维重建孔洞修复算法.该算法以可见外壳及多视图三维点云为输入,首先提取出可见外壳内满足点云稀疏度约束的叶节点,然后利用可见外壳法向量射线约束去除包裹在三维点云外层的叶节点,最后通过加入三维点云曲面曲率约束来消除点云中凹陷区域的影响.实验结果表明,文中算法有效地解决了物体缺乏纹理区域表面的孔洞修复问题,使得最终生成的三维网格模型完整和平滑,具有参数可调、易于实现的特点,对于不同的模型都具有非常好的鲁棒性.     

曲面重构中点云数据的区域分割研究

在曲面重构中，由于实际的曲面模型往往含有多个曲面几何特征，即由多张曲面组成，如果对使用激光法测量的“点云”数据直接进行拟合，将会造成曲面模型的数学表示和拟合算法处理的难度加大，甚至无法用较简单的数学表达式描述曲面模型，因此针对该问题，提出了一种基于数据点曲率变化的区域分割方法，即先对每一条扫描线上的数据点求取曲率值，然后将其中曲率值变化较大的点提取出来作为边界点，当边界确定后，再将云点数据分割成多个区域，由于每个区域一般具有较简单的几何特征，因此可用简单的数学模型来描述，并可重构单张曲面。该算法不仅原理简单、易于理解和编程，而且能提高曲面模型重构效率。     

基于特征相似性的RGBD点云配准

三维点云数据的配准是计算机视觉领域的重要研究课题,也是三维重建的关键步 骤。针对 RGBD 点云数据的配准问题,提出一种基于特征相似性的初始配准方法。首先需要计 算待配准的 RGBD 点云模型的曲率和颜色特征度(CFD),并对 CFD 进行统计分析,若模型颜色 特征足够丰富优先采用颜色相似性策略,反之尝试曲率相似性策略。通过特征点提取精简点云 模型,利用确定的对应点选择策略选择候选对应点对。在候选对应点对上采用优化样本一致性 算法获得初始配准变换矩阵,实现两片点云的初始配准。针对不同颜色纹理的 RGBD 点云模型, 本文方法可以自适应选择合适的特征点选择策略,实现点云间良好的初始配准。实验结果表明, 对于几何特征不明显的 RGBD 模型,本文方法能够自适应选择颜色相似性策略来较好地完成初 始配准。对于不同类型的模型配准结果较好,算法效率更高。     

基于无人机的道路点云数据分割提取算法

针对机载LiDAR获得道路的数据信息精确度低问题,提出基于无人机的低空扫描三维点云数据,动态拟合提取分割道路信息的算法.首先使用主成分分析法获得道路点数据的法向量,之后将高程信息和法向量信息结合,利用聚类算法获得道路的高程和法向量的范围,提取道路点云数据;其次利用多项式拟合对道路数据进行数学建模;然后通过动态多项式拟合提取出所有路面数据和路面上的资产以及行人车辆数据;最后使用区域生长算法对路面上的资产以及行人车辆数据进行分割.实验表明算法对道路上的遮挡物有很强的抗干扰能力,可以将路面提取出来并将路面上的数据分割进行分割,将本文算法与区域生长算法进行对比,本文算法对路面数据更加敏感.     

自适应K-means聚类的散乱点云精简

目的 点云精简是曲面重建等点云处理的一个重要前提,针对以往散乱点云精简算法的精简结果存在失真较大、空洞及不适用于片状点云的问题,提出一种自适应K-means聚类的点云精简算法。方法 首先,根据k邻域计算每个数据点的曲率、点法向与邻域点法向夹角的平均值、点到邻域重心的距离、点到邻域点的平均距离,据此运用多判别参数混合的特征提取方法识别并保留特征点,包括曲面尖锐点和边界点;然后,对点云数据建立自适应八叉树,为K-means聚类提供与点云密度分布相关的初始化聚类中心以及K值;最后,遍历整个聚类,如果聚类结果中含有特征点则剔除其中的特征点并更新聚类中心,计算更新后聚类中数据点的最大曲率差,将最大曲率差大于设定阈值的聚类进行细分,保留最终聚类中距聚类中心最近的数据点。结果 在聚类方面,将传统的K-means聚类和自适应K-means聚类算法应用于bunny点云,后者在聚类的迭代次数、评价函数值和时间上均优于前者;在精简方面,将提出的精简算法应用于封闭及片状两种不同类型的点云,在精简比例为1/5时fandisk及saddle模型的精简误差分别为0.29×10^-3、-0.41×10^-3和0.037、-0.094,对于片状的saddle点云模型,其边界收缩误差为0.030 805,均小于栅格法和曲率法。结论 本文提出的散乱点云精简算法可应用于封闭及片状点云,精简后的数据点分布均匀无空洞,对片状点云进行精简时能够保护模型的边界数据点。     

基于点云增强的网格化优化算法

针对三维点云在采用传统泊松算法进行网格化重建时,重建时间较长并且最终重建出的模型存在孔洞和局部细节缺失等问题,提出一种基于点云增强的网格化优化算法.该算法首先通过统计滤波对初始点云进行降噪处理,为了在保证细节特征的基础上提高重建效率,在通过体素滤波进行适当点云降采样的同时利用双三次样条插值进行点云孔洞修复,然后将移动最...     

基于点云配准的人脸三维尺寸测量

接触式人脸三维尺寸测量易损坏表面特征,依赖于特征点标定,常含冗余信息.针对该问题,提出一种基于结构光与多视图图像点云配准的非接触式人脸三维尺寸测量方法.首先利用改进的迭代最近点算法建立转换函数,求出尺度因子、旋转矩阵和平移向量;然后基于模糊C均值算法对人脸面部进行聚类分割以获得候选区域;针对人脸表面离散点云不平整问题,...     

一种散乱分层点云的有序化精简方法

针对激光扫描仪所得点云散乱分层的特点,提出一种有序化的精简方法。首先基 于已知标记点建立三维R-tree 和八叉树集成的空间索引,快速准确地获取局部点云数据,保证 良好的数据检索效率。然后根据局部点云数据的参考平面法向量信息,选取工件坐标系中的一 个坐标轴作为参数化的方向,对局部点云数据进行参数化并拟合二次曲面。最后对R-tree 叶节 点内的二次曲面进行有序化采样,使散乱分层的点云变为单层,得到整个型面的有序参考点集。 应用实例表明,该方法适用于大规模的、具有复杂几何特征且存在一定程度散乱分层的点云, 可以有效地提高数据点的整体精确度,且不会丢失点云的细节特征,具有较强的实用性。     

变电金具表面腐蚀膨胀点三维检测算法

为提升配电网变电金具腐蚀膨胀检测的精度,设计了变电金具表面腐蚀膨胀点三维图像检测算法。该算法使用八叉树算法对三维激光图像扫描仪获取的变电金具表面腐蚀膨胀点云图像数据进行压缩预处理,经过法向量计算、局部基面参数化处理、局部曲面拟合等步骤,提取变电金具表面腐蚀膨胀点点云数据的主曲率、形状索引值等局部特征。使用三维霍夫投票算法,对变电金具表面腐蚀膨胀点局部特征实施局部坐标系建立、坐标转换、霍夫投票等处理后,获取腐蚀膨胀点的质心位置,实现变电金具表面腐蚀膨胀点检测。实验结果表明：该算法具备较好的点云数据压缩能力,预处理效果好;变电金具腐蚀膨胀点图像数据存在遮挡缺失时,其特征提取完整度始终高于90%;识别配电站螺丝配件时,特征点匹配度高达100%,识别精度高。