基于深度传感器的多视角点云配准研究

为了解决大尺寸对称物体在多视角配准过程中出现的误匹配点对和累计误差问题,提出了一种基于深度传感器的多视角点云配准算法。首先,使用深度传感器获取目标物体不同视角下的多片点云并进行预处理,对物体单侧相邻点云采用超四点快速鲁棒匹配算法(Super 4-points congruent sets, Super4PCS)进行粗配准,利用改进的点到平面ICP算法去除误匹配点对并进行精配准,之后将左右两部分的点云拼接,从而获取完整的三维点云模型。最后,针对多视角配准出现的累计误差问题,提出了一种全局优化方法从而减少累计误差。实验结果证明所提方法可以精准地完成多视角点云配准,获得准确的三维点云模型。     

基于超体素与几何特征融合的点云配准优化

针对点云配准过程中点云数据冗余、易出现误匹配点对和配准精度低的问题,提出了一种融合超体素及几何特征的点云配准方法。首先使用超体素与法向量信息相结合的方法提取特征点;其次,在粗配准中,通过使用快速特征点直方图(Fast Point Feature Histograms,FPFH)进行特征描述,采用双向最近邻比获取初始特征点对应关系,基于法向量夹角策略和随机采样一致性(Random Sample Consensus,RANSAC)算法进行对应关系的优化,获取良好的初始位姿;最后,在精配准中,基于初始位姿与改进的迭代最近点算法(Iterative Closest Point,ICP)算法完成点云配准。通过在斯坦福数据集中进行配准实验,验证了所提算法具有更好的鲁棒性,能高效且精准的完成点云配准。     

基于KDTree改进的Super 4PCS+ICP算法在点云配准中的应用研究北大核心CSCD

在点云配准过程中,为了提高点云的配准精度,针对ICP算法对于初始位姿的局限性,对点云数据进行Super4PCS+ICP的“先粗后精”处理。首先利用KDTree树搜索对应点,用局部区域的特征度确定特征点集,再使用Super4PCS算法实现粗配准。针对精配准提出KDTree树来加快速度,SVD求解对应点参数、常数为1的加权平均、求解误差函数等手段来实现对ICP算法的改进,并求出刚体变换后的旋转平移矩阵,提高点云配准精度。实验表明,相较于传统ICP算法,本文方法的配准精度有了显著的提升。本文研究的方法可为点云配准的深入研究提供一定的参考。     

基于改进ICP的复杂机械零件测量点云配准方法

点云配准是基于机器视觉进行复杂机械零件三维非接触精密测量的关键环节。针对传统迭代最近点(iterative closest point, ICP)算法对初始位置依赖性强,迭代收敛速度慢,错误对应点对多,难以满足大批量复杂机械零件测量点云配准效率和精度要求的问题,提出了一种基于ISS-FPFH(intrinsic shape signature-fast point feature histogram)特征结合改进ICP的复杂机械零件测量点云配准方法。为了减少点云配准数量,并保留点云表面原来的细微特征,提出了基于重心邻近点的体素滤波器对点云进行下采样预处理。为解决传统ICP算法因合适初始位置难以确定而导致多视角测量点云配准失败的问题,采用了基于ISS-FPFH特征的采样一致性初始配准(sample consensus intial alignment, SAC-IA)算法进行粗配准。为解决传统ICP算法迭代收敛速度慢、错误对应点对多的问题,提出结合法向量夹角约束的点到平面ICP算法进行精配准。以斯坦福大学的bunny点云模型为对象,验证了本文提出方法对噪声点云的鲁棒性。以常见的复杂机械零...     

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。     

基于Frobenius范数奇异值分解的快速ICP算法

迭代最近点法(ICP)及其变体是三维点云刚性配准的典型方法,但此类通过迭代计算逐点距离矩阵实现点云配准的方式,严重制约了点云的配准效率。本文提出一种快速ICP算法,利用Frobenius范数表示待配准的两幅点云之间的误差函数,获得误差值最小点位置,并对此位置进行奇异值分解,从而得到旋转矩阵和平移向量,极大压缩了迭代次数和配准时间。在Standford数据集和3DMatch数据集上进行试验,与传统ICP算法及其变体、3种基于学习的点云配准算法进行对比,本文方法配准效率最优;在达到相近的配准精确度时,提出的快速ICP方法的迭代次数仅为传统ICP算法的0.2倍,在Standford数据集上配准所需时间为传统ICP算法的1/4,在3D Match数据集上配准所需时间为传统ICP算法的1/8倍。本文提出的快速ICP算法在数据量大的点云场景下,具有更高的效率。     

基于几何属性和改进ICP的点云配准方法

点云配准是三维重建的重要研究内容之一,其精度将直接影响到建模结果的好坏。为了提高点云配准的精度和收敛速度,首先提取点云的法矢和曲率等几何属性;然后根据点云密度将点云进行区域划分,并选取不同点云区域中的曲率极值点,再通过对极值点对的相似性度量来实现点云粗配准;最后采用基于K-d树的改进ICP算法进一步实现点云细配准。实验采用颅骨点云数据模型对该方法进行配准验证,结果表明,基于几何属性和改进ICP的点云配准方法是一种精度高、速度快的点云配准方法。     

基于Kinect传感器的三维点云配准优化

针对目前三维点云配准中传统ICP(Iterative Closest Point)算法存在的速度慢、精度低的问题。采用微软Kinect2.0深度传感器从真实的场景中获取目标物体的点云数据,通过点云分割、滤波、下采样等预处理工作,确保点云配准质量。在点云的粗配准中,使用特征点采样一致性算法,使点云获得更好的初始位置,为精配准创造了良好的初始条件。在点云的精配准中,提出一种利用线性最小二乘法优化的点到面ICP算法。实验结果表明,改进后算法的均方根误差为0.788 mm,时间为56.31 ms。与基于尺度不变特征变换的ICP算法和特征点采样一致性改进ICP算法相比,改进后的算法配准精度分别提高了30.9%和33.6%,速度提高了18.9%和32.1%。     

基于快速点特征直方图的三维点云配准算法

三维点云配准算法是三维场景模型重建的重要研究部分。针对传统迭代最近点算法(ICP)对点云进行配准时容易陷入局部最优的问题,本文研究了基于局部特征点改进的ICP算法。文章分析了点特征直方图(PFH)和快速点特征直方图(FPFH)两种局部特征点,得出了FPFH具有比PFH更低的时间复杂度的结论,因此通过FPFH特征描述子对两片初始点云进行粗配准,使其具有较好的初始位姿,最后用经典的ICP算法进行精配准。实验结果表明,基于FPFH特征点改进后的ICP算法能提供较好的点云初始位姿,一定程度上避免了配准时陷入局部最优的问题,比传统ICP算法具有更好的配准效果。     

基于SIFT特征点结合ICP的点云配准方法

在点云配准过程中,针对迭代最近点(ICP)算法对点云初始位置依赖性强且迭代速度慢的问题,提出一种基于尺度不变特征变换(SIFT)特征点结合ICP的点云配准方法。首先利用SIFT算法提取待配准点云和目标点云的特征点;接着计算出特征点的快速点特征直方图(FPFH)特征;然后依据该特征使用采样一致性初始配准(SAC-IA)算法求出初始变换矩阵,从而完成初始配准;最后在初始配准的基础上利用ICP算法对两片点云进行精配准。实验表明,与ICP算法相比,该方法具有较好的配准精度,同时效率也有明显的提升。     

空间位姿测量中面阵点云CPD方法的优化及验证

面阵激光成像雷达可以实现瞬态三维探测,适用于运动平台及非合作目标的位姿测量。针对相邻像元间具有串扰特性的面阵非均匀格网型稀疏点云,提出了一种适用于空间非合作目标位姿测量的多视角点云自动配准方法。该方法基于改进的相干点漂移(Coherent Point Drift, CPD),将目标点云视为观测数据集,源点云视作为高斯混合模型(Gaussian mixture model, GMM)的质心点集。利用贝叶斯后验概率公式及期望最大化(Expectation-Maximum, EM)方法,对构造的GMM模型似然函数进行求解,在寻优过程中通过点云重叠特性对运算点集的权值参数进行自适应调整。对单次EM迭代后源点云间距离残差进行排序,选取最优变换点云对使用最近邻方法建立局部扰动量,得到每次漂移迭代的空间变换矩阵。为了避免陷入局部解,通过监督点云均方误差更新率,对参与漂移运算的点集属性进行交替。针对空间配准目标,建立了两种近似运行下的阵列成像仿真工况。试验结果表明：在强背景及像元模糊干扰下,该配准框架具有鲁棒性优势,其结果平均最大公共点集测度相对于粗+精组合配准框架提升约61%,可应用于空间面阵平台下...     

基于投影分布熵的多视点三维点云场景拼接方法

多视点三维点云场景拼接是解决激光三维主动成像目标自遮挡或被遮挡情况下目标数据不完全问题的一种有效方法,它将直接影响到后续的目标检测与识别处理。通过点云投影分布熵对场景独立坐标系进行估计,由此计算待拼接场景之间的空间变换参数,最后通过退火最近点迭代(ICP)方法,实现多视点场景的精确拼接。仿真实验结果表明,此方法是一种有效可行的方法。     

基于激光点云NDT特征的两步回环检测

针对传统激光雷达配准算法进行大规模同时定位与建图(SLAM)时,存在较大累计误差的问题,本文提出一种基于正态分布变换(NDT)的两步回环检测方法,充分利用NDT配准中点云均值与方差特征,并将所提方法加入SLAM完整框架。点云匹配中采用重叠网格,首先根据各网格特征值,构建点云外观描述,进行粗回环检测。符合粗回环条件后,计算点云网格均值到坐标原点距离的方法使点云具有旋转不变性,进行精确回环检测。本文提出算法在“小旋风”智能车平台进行验证,实验表明,所提算法可以有效减小大规模建图中的累计误差,系统的鲁棒性更强,跟踪性能更好。     

一种新的点云拼接算法

迭代最近点(ICP)算法广泛运用于三维点云数据的多视拼接,其精度和迭代收敛性严重依赖于待拼接数据的初始拼接位置,这就决定ICP只能是一个性能优越的精确拼接算法。粗拼接算法旨在为ICP提供一个良好的初始拼接位置。基于信息论中熵的概念,分析了点云的空间分布规律与所处位置的关系,在此基础上提出了一种新的粗拼接算法—迭代最小空间分布熵法。实验表明,该算法有效可行,可以提供很好的初始拼接位置,在误差允许范围内,该算法可以直接实现点云拼接。     

一种改进的ICP激光点云精确配准方法

传统迭代最近点(Iterative Closest Point,ICP)算法在进行点云配准时,若点云初始位置相差较大时,容易陷入局部最优,同时,该算法无法解决部分重叠的点云的配准问题.鉴于此,提出了一种改进的ICP 激光点云精确配准方法.首先通过对两片点云的主成分分析并矫正主轴方向以完成初始配准,获得一个较好的初始位置...     

结合NARF特征的改进型3D-NDT多视点云配准

提出了一种精确有效的多视图配准算法。首先,使用NARF算法对每幅点云进行关键点检测,并以NARF关键点为原点建立局部坐标系,估算FPFH描述符;其后使用基于RANSAC的对应估计和对应关系去除算法剔除错误对应关系,确定三维特征匹配点对,并求解出变换矩阵,完成初始配准。然后,使用3D-NDT算法体素化点云,并使用概率分布函数对点云精细配准。最后,使用逐步匹配法对一系列点云进行配准,使其全部配准到统一坐标系中。实验结果证明,该算法能精确的对由KinectV2.0获取的同一场景不同角度的多幅点云图像进行配准,且其配准精度较高。      

一种动态特征匹配的部分重叠点云配准方法

点云配准方法能够有效地完成对不同重叠率、不同规模点云间的配准,可确保三维重建模型的精度。针对该问题,提出一种动态特征匹配的部分重叠点云配准方法,首先基于欧氏距离分割法将点云分割为子点云;然后提取子点云特征,考虑到不同点云的规模不同,提取的特征规模也是不同的,提出利用动态时间规整算法(DTW)完成子点云间的映射;最后利用迭代配准算法求取拼接点云间的平移、旋转矩阵,利用该矩阵完成点云间的配准和拼接。实验结果表明,提出的方法能够有效地解决部分重叠点云和不同规模点云的配准问题。     

基于视点特征直方图的激光点云模型的位姿估计

提出一种基于视点特征直方图的点云模型位姿估计 算法。首先在目标物体周围采 集三维点云,拼接后获得物体的完整点云模型;然后对点云模型计算其视点特征直方图, 构建特征数据 库;对待估计点云同样计算其特征直方图,使用KNN算法在数据库中搜索与之最接近的位 姿作为初始位 姿估计值;最后使用迭代最近点(ICP)算法将待估计点云精确配准到模型点云,从而获得坐 标系之间的相 对位姿。实验表明,这种方法对于物体位姿识别有很强的稳健性,能很好实现目标物体的 三维位姿计算。     

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。