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。     

基于曲率的点云数据配准算法

为了实现不同视角下测得的数据的多视定位,提出一种点云数据配准算法。该算法针对近邻内的点,采用二次曲面逼近的方法来求得每个点的曲率,并根据曲率的Hausdorff距离来寻找有效点集,建立名义上的对应关系,最后用四元组法来求得坐标变换,把数据统一到一个坐标系下。该算法利用曲率的性质准确判断对应点集,解决了任意多视点云的拼合问题,试验结果验证了其有效性和精度。     

散乱点云数据配准算法

提出一种以物体表面上不附加任何几何和拓扑信息的散乱点集为处理对象,自动进行点云数据配准的算法．该算法针对待配准的2组点云数据,根据测点及其邻域点估算每个点的曲面法矢,并对法矢方向进行调整,使其指向曲面的同一侧;然后计算各个测点的曲率．根据每个测点的曲率来识别出2组点云数据中可以匹配的点对集合。计算将每一个点对的法矢方向映射为一致的三维空间变换,采用几何哈希方法找出使得最多数量的点对法矢一致的变换,运用该变换将散乱点云作初次配准．以初次配准后的结果作为新的初始位置,将匹配点对集合中的所有点对采用最近点迭代法进行二次配准,从而实现了2组散乱数据的精确配准．应用实例表明,该算法效果良好．     

基于点云能量计算的半刚性配准算法

针对3D复杂点云模型,提出一种基于能量值的半刚性配准算法。该算法首先对点云进行基于法向量夹角距离的分割处理从而生成多个刚性子点云。通过整数规划法计算子点云间的配准能量从而推测配准的初始3D变换矩阵。基于初始矩阵,点云的最终配准结果由子点云间刚性配准方法 ICP实现。实验结果证明该方法可有效应用于模拟场景以及真实复杂场景的配准应用中。     

基于相对几何不变性的点云粗配准算法研究

针对目前点云在大数据量下的自动配准算法计算效率低下,粗配准初值匹配稳定性差,参数难以设置等问题,提出一种基于匹配对间相对几何不变性特点的快速粗配准算法。通过点云邻域特征值筛选一定量的关键点,利用快速点特征直方图（fast point feature histogram,FPFH）描述子初步获取最邻近匹配对;通过点云特征的对称候选寻点策略及两组正确匹配对在源点云与目标点云对应边的2-范数比例不变的特性获取精确的匹配对;利用奇异值分解算法（singular value decomposition,SVD）求解配准目标函数。实验表明,算法策略合理可靠,参数设置相对简易,具有显著的效率及稳定性优势,能够为后续精配准提供稳定精确的初始参数。     

基于遗传算法的点云数据配准

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。为此,提出一种基于遗传算法的线扫描点云数据配准方法。曲面线扫描点云数据同一表面的拓扑结构在不同视图下曲率变化趋势相同,根据该性质,利用遗传算法识别两点云数据集的重叠区域,并求解子集的坐标变换矩阵,完成配准。实验结果表明,与ICP算法相比,该方法的运行速度较快,且配准精度较高。     

一种快速的三维点云自动配准方法

采用主成分分析方法(PCA)定义了简单的数学模型和轴向确定方法等来实现配准.大量实验证明,算法能够快速实现任意形状、大小及位置的两片点云配准.     

改进的基于纹理特征的图像配准算法

针对图像纹理规则性与重复性及图像起始纹理分布的不一致性,依据VE4000检测系统的纹理特征配准算法达到配准目的。该算法自行设计标准单一模板,对单一模板进行裁剪与拼接技术达到了图像配准的目的,但是配准效果较差,在此基础上提出了改进的纹理特征配准算法,重新设计模板,拼接生成标准的参考图像,对参考图像进行匹配与裁剪以获取不同配准图像。实验结果证明,改进的基于纹理特征的配准算法运行时间短,配准误差小,能够很好满足缺陷检测的配准需求。     

基于局部曲面特征直方图的点云识别

针对三维点云的快速识别问题,文中提出基于局部曲面特征直方图的点云识别算法.首先,采用循环体素滤波算法,将不同分辨率的点云滤波至指定分辨率.再基于邻域曲率均值最大的关键点查找算法选取点云局部特征较明显的点作为关键点,根据关键点邻域内点云重心与邻域曲面内各点的法线和距离的关系计算关键点的特征描述符.然后,根据临近关键点间的空间关系和特征描述符欧氏距离进行特征匹配.最后,采用多线程识别框架,加快在线识别速度.实验表明文中算法识别速度较快.     

改进ICP算法用于多组图像的点云拼接与融合

随着计算机图形图像技术、机器视觉、虚拟现实技术等的发展,近年来,通过室外场景的序列图像进行三维重建的方法逐渐成为计算机视觉和图形学等相关领域的重点研究方向。但是,通常在图像的采集过程中由于受到测量设备和环境的影响,单次拍摄的序列组图可能并不能提取到足够的物体表面信息,导致不能够完成三维物体的重构,而不能为后续的目标识别和精确打击提供准确信息依据。针对此类问题,文中采用融合多组图像点云的方法,先利用彩色直方图匹配补充补拍图像序列,然后单独解算补拍组图的点云数据,再对不同点云的重叠部分利用改进的迭代最近点算法计算变换参数,最后进行融合处理,从而完成不同组图的点云数据间的配准和融合工作。实验证明,该方法能快速有效补充用于重构的点云数据,拼接和融合效果良好。     

基于GPU的实时三维点云数据配准研究

在三维重建中,不同摄像机坐标系下点云配准耗时过多。为此,提出一种基于图形处理单元(GPU)的实时三维点云数据配准算法。利用投影映射法获取匹配点对,使用点到切平面距离最小化方法计算变换矩阵,通过GPU多线程并行处理大规模图像数据。实验结果表明,对于分别包含307 200个数据的2帧点云,在保持原有配准效果的基础上,该算法的最优耗时仅为基于CPU的最近邻迭代算法的11.9%。     

基于残差边卷积的3D点云分类算法

3D点云的不规则性与无序性使点云的分类仍具有挑战性.针对上述问题,文中设计基于残差边卷积的3D点云分类算法,可直接从点云学习到具有区分度的形状描述子,用于目标分类.首先,设计具有残差学习的边卷积模块,用于点云的特征提取.通过K近邻算法,该边卷积模块在输入点云上构建局部图,使用卷积及最大池化进行局部特征的提取与聚合.然后,通过多层感知器从原始点特征中提取全局特征,并以残差学习的方式与局部特征结合.最后,以该卷积块为基本单元,构建深度神经卷积网络,实现3D点云的分类.文中方法较全面地考虑点云局部特征与全局特征的有机结合,网络具有更深层次的结构,最终得到的形状描述子更抽象,具有更高的区分度.在具有挑战性的ModelNet40、ScanObjectNN数据集上的实验证实文中方法的分类性能较优.     

基于局部-非局部交互卷积的3D点云分类

现阶段点云分类研究已被广泛应用于机器人操作、自主驾驶和虚拟现实等多个领域,提取既丰富又具有高判别能力的特征是3D点云分类的关键.为此,文中设计基于局部-非局部交互卷积的3D点云分类算法,改善点云的特征提取.首先,构造局部-非局部交互卷积模块,在获取局部相似特征和非局部相似特征的基础上,采用交互增强,缓解单个邻域在表示封闭区域时存在的冗余问题,增强网络的层次性和稳定性,同时也缓解网络的退化问题.然后,以该模块为基本单元构建卷积神经网络.最后,采用自适应特征融合,充分利用不同层次的特征,实现3D点云的分类.在ModelNet40、ScanObjectNN基准数据集上的实验表明,文中算法性能较优.     

三维激光点云数据的可视化研究

大量的点云数据是通过三维激光扫描得到的,而点云数据的显示快慢受到了数据索引的直接影响,这是一个基础性问题。经过研究,八叉树与叶节点KD树相结合的混合空间索引结构以及LOD构建的层次细节模型是用来解决点云数据管理与可视化效率不高的问题的有效方法。在局部,通过在叶子节点中构建的KD树实现高效的查询和显示;在全局,为了实现快速检索与调度使用了八叉树模型。采用这种混合数据模型进行点云组织,建立空间索引,并对点云数据进行LOD构建,实现了点云数据的高效检索以及可视化。     

基于三维点云数据的线性八叉树编码压缩算法

八叉树结构是三维数据建模中研究和应用最为广泛的栅格数据结构。由于三维扫描的点云数据是基于物体表面的，其空间离散程度远大于三维实体数据，一般的线性八叉树编码压缩方法都是基于实体数据的，不能直接应用于三维点云数据。提出的改进的线性八叉树地址码(Morton码)的方法可大大提高它的连续性，有效降低八叉树的深度，提高数据的压缩比，改进后的Morton码还可以应用多种编码压缩算法进一步压缩。     

基于自适应角度的三维点云分割方法

点云分割是基于点云数据空间几何信息提取的一项重要工作,它是点云数据特征提取与分析的基础。同时,点云数据通常是离散的和非结构化的,点云数据的分割不是一项简单的数据处理任务,分割效率和分割精度决定了后续数据处理工作的结果。因此,研究点云数据分割具有重要意义。提出一种基于自适应角度的三维点云切割算法,使用PCA算法找到最佳降维投射方向,以降低原始点云数据维度,并利用投射簇的概念实现对原始目标点云的切割获取。     

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,...     

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。