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。     

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...     

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．     

基于机械臂的Kinect车辆轮廓点云配准

车辆轮廓的三维点云模型在汽车智能化制造及维保过程中具有重要作用。为提高点云配准的精度和效率,以汽车维保机器人为研究对象,提出一种基于点云数据处理技术的车辆轮廓扫描定位及点云数据配准方法。在机械臂末端安装Kinect深度传感器实现精准移动,在汽车四周采集点云数据并进行预处理,根据机械臂运动学方程计算传感器采样位姿,完成初步配准。在此基础上,使用迭代最近点算法完成车辆轮廓点云的精确配准。实验结果表明,该方法可完成各视角点云数据的准确、快速配准,得到完整的三维点云数字模型。     

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。     

基于区域扩张的三维点云模型配准算法

为提高三维散乱点云自动配准的准确率,提出一种新的基于区域扩张的配准算法。通过局部点云法向量的变化提取特征点,利用区域扩张方法进行初始配准,在搜索精确匹配点的过程中直接剔除错误匹配,使用改进的最近点迭代算法对点云进行精确对齐。实验结果表明,与经典最近迭代点算法和基于曲率的点云自动配准算法相比,该算法能够提升点云配准精度,对特征平滑的点云模型具有较好的效果。     

综采工作面三维激光扫描建模关键技术研究

根据综采工作面三维激光扫描模型中煤壁与顶板交线信息,采煤机可自动调整滚筒截割高度,实现煤炭精准开采。现有技术实现了基于工作面激光点云的割煤顶板线自动提取,但提取结果不能直接应用于数字化自主割煤。针对该问题,提出了综采工作面三维激光扫描建模总体方案,并对煤壁与顶板交线提取、标靶球检测、点云拼接及坐标转换等关键技术进行了研究,实现了三维地质坐标系下煤壁与顶板交线信息的近实时获取,该信息可直接发送给采煤机滚筒,为采煤机下一刀截割提供数据参考。通过巡检机器人完成工作面扫描,获取巡检点云;基于煤壁与顶板交线的曲率特性,采用弦法向量法对煤壁与顶板交线进行粗提取;引入数据点法向量与邻域点法向量的夹角信息,通过阈值排除明显的非煤壁与顶板交线点。由于巡检点云与提取的交线信息均位于局部坐标系,通过定位标靶球检测和配准,完成机头点云、机尾点云与巡检点云的拼接,得到工作面联合点云。根据定位标靶球的三维地质坐标与局部坐标,得到坐标间的转换关系,通过坐标转换将联合点云转换到三维地质坐标系下,从而得到三维地质坐标系下的煤壁与顶板交线信息。井下工业性试验结果表明,采用综采工作面三维激光扫描技术提取煤壁与顶板交线的误差...     

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。     

光栅投影测量中点云配准技术的研究

针对在光栅投影测量中运用传统标志点法进行点云配准时点云产生孔洞的问题,提出一种无标志点的配准算法。利用光栅投影法所获点云可显示为距离图像,通过对获取的距离图像的局部曲面拟合,提取曲率特征点。根据余弦相似度和距离相似度得到匹配的特征点对,利用最终得到的匹配点对的几何信息计算初始配准参数,结合最近点迭代算法完成点云的配准。实验结果验证了该算法可以避免在物体上粘贴标志点,自动完成点云的准确配准。     

3D人耳点云配准的并行Softassign算法

提出了一种新的人耳点云并行Softassign配准算法.在基于CUDA对Softassign算法进行并行加速的基础上,利用三维点云离散曲率估计和三维空间kd-tree相结合的方法,对三维人耳点云进行点云简化,使简化后人耳点云能够保留足够的几何特征,然后对简化人耳点云进行Softassign配准,提高Softassign算法在人耳点云配准中的配准精度,从而避免了局部配准等缺陷,并在实际应用中验证了算法效率和精度.     

基于模板替换的室内场景建模方法研究

当前,室内场景建模相关研究已经取得很多进展,特别是基于多视角融合的建模 框架与基于单视角的建模框架的提出,增强了机器人的环境感知能力。但仍然存在以下不足： ①基于多视角融合的建模方式预处理时间长,建模完成后需线下优化过程,不能满足特定条件 下的建模需求;②基于单视角的建模算法输出一般为体素,建模质量较低,信息缺失严重,对 于场景细节无法精确刻画,难以满足机器人交互的要求。特提出一种基于模板替换的室内场景 建模方法研究。首先,预处理由设备采集到的三维点云场景,分割出存在点云缺失的单个对象, 并利用虚拟扫描技术采样对象表面点并计算法向量与曲率。采用八叉树网格结构,将点云的法 向量与曲率信息分别存入网格中,再利用卷积神经网络(CNN)提取高维特征向量,将其与数据 库中三维对象特征进行欧氏距离比较,得到检索序列。从序列中挑选出最相似的对象,利用迭 代就近点(ICP)配准方法,与扫描场景进行配准,完成场景优化。对提出的网络模型在 2 个基准 数据集上进行测试并表现出良好的性能。     

输电线路螺栓检测的激光点云数据自动化配准研究

输电线路螺栓较小,检测难度较高,易导致螺栓漏检、错误检测,增加故障和安全事故风险。因此,提出一种面向输电线路螺栓检测的激光点云数据自动化配准方法。建立激光点云数据均匀化空间,通过约束格网范围均匀点云数据特征量,完成抽稀化处理;在点云数据集中选取任意目标点,通过调节空间域和频率域高斯核函数大小均衡云数据噪声数值;使用k-means聚类算法对点云数据进行分类;根据点云数据的三维空间坐标,计算目标配准点与源点在不同方向上的坐标值,通过坐标对比完成自动化配准。实验结果表明,所提方法在不同高度、不同距离以及不同方向上的配准准确性较高,且RMSE指标数值最大值为0.3,表明配准值与真实值拟合程度较高,具有较高的配准精准度。     

新的点云数据精简存储方法

海量点云数据的精简存储是逆向建模的一个关键环节,针对单站地面固定式三维激光扫描点云扇形等特点,提出了一种新的点云精简存储方法--扇形网格法。对点云数据遍历一次,即完成对点云的精简、降噪与存储,并用VC++6.0编写实现。多站扫描点云的配准、拼接,如果在单站点云经过扇形网格法处理后进行,会更快速高效。在与传统点云压缩算法分析对比的基础上,对其特点进行了分析,对在战场地形数字化中的适用性进行了验证。     

基于两步式迭代最近点的三维人耳配准算法

提出了一种新型两步式迭代最近点算法对三维人耳点云模型进行配准,该过程主要分为两步完成:(1)采用基于CUDA并行加速的EM-ICP算法进行初始配准,从而使人耳点云数据大致调整为同一姿态,并且为下一步提供良好的初始变化;(2)基于ICP算法对三维人耳点云数据进行精确配准。该方式能够有效避免ICP算法配准过程中局部对齐等缺陷。实验结果证明,采用两步式迭代最近点算法配准后的三维人耳数据具有良好的配准效果与配准速度。     

ICP算法在文物三维重建中的应用

三维结构光扫描技术作为一种新型的三维数据获取技术,被广泛应用于文物的三维重建中。目前,这项技术在数据获取方面有很多优势,但是在点云数据配准方面还有一些需要优化的地方,特别是在处理大量点数据,为保证配准结果的精确性,就需要对点云数据的配准算法就行优化。利用手持式三维结构光扫描仪获取文物三维数据,在Artec studio9软件中将原始三维数据以ply格式导出为原始点云数据,然后基于Matlab软件对ICP算法通过编程优化,将原始点云数据再通过优化后的ICP算法进行配准,得到文物三维模型的构建数据。实验分析表明,优化后的ICP配准算法不但能提升配准精确度,而且可以保证配准方向的合理性,使得配准得到更佳的展示效果。     

基于高斯似然估计因子分析的点云配准算法

为解决三维点云数据在白噪声、数据不对应的情况下的配准问题,提出基于高斯似然估计因子分析的点云配准算法。采用因子分析法对点云数据进行表示,利用极大似然估计的方法求得因子载荷矩阵,从而完成对带噪声点云的配准。仿真实验表明,与CDP算法和Go-ICP算法相比,该算法不会陷入局部最小值,在快速精确配准和稳定性方面具有良好的鲁棒性。     

基于全局配准累积误差极小的人体RGB-D数据三维重建

针对RGB-D扫描数据获取和人体三维重建过程中存在扫描数据分辨率不高、噪声干扰影响较大、配准误差较大等问题,提出一种基于累积误差极小的RGB-D扫描数据全局配准的人体模型三维重建方法.首先采集人体扫描数据并进行预处理,去除噪声和背景;然后利用基于三维点特征描述符匹配求解局部扫描数据的粗略配准,并通过最近点迭代的方法进行精细配准;再构建局部配准数据加权图,通过最小生成树方法合并局部相邻帧数据来减少全局误差传播的影响,利用环闭合的方法解决累积误差问题并得到全局刚体配准结果;通过对全局刚体配准后的数据依次进行非刚体变换并不断融合配准后数据,解决扫描过程中的移动问题,进一步减少全局累积误差;最后利用全局配准结果和扫描数据中的颜色信息生成融合颜色信息的人体三维重建模型.利用2台Kinect设备扫描获取的人体全方位扫描数据进行实验的结果表明,该方法能够方便、高效地重建具有高度真实感的三维人体,而且重建生成的三维人体测量尺寸与真实人体尺寸之间的误差较小.     

基于投影图像 SURF 特征提取的三维模型配准

针对传统三维模型配准方法存在对点云初始位置有一定要求、模型配准的精度有 时不高等问题,提出了一种基于三维模型投影图像 SURF 特征提取的三维模型配准方法。首先 通过扫描三维模型数据确定投影图像的范围,判断每个投影图像像素所隶属的模型网格,并求 解从投影图像到纹理图像的映射关系,从而获取二维投影图像;然后对这两幅投影图像分别进 行 SURF 特征点的选取与特征值的计算,并按 SURF 特征值进行特征匹配,再根据投影图像像 素点与三维网格端点的映射关系计算三维特征点对;最后通过匹配的特征点对求取模型变换矩 阵完成三维模型的配准。实验结果表明,该方法在配准时间变化不大的前提下,有效提高了配 准精度,并具有较好的鲁棒性。     

板金属冲压零件表面模型与实测点云配准研究

为研究板料零件成形后实测点与设计原型之间的制造偏差,需要将实测坐标点云数据和产品数字模型进行配准,实现设计坐标系和实测点云数据的测量坐标系的统一。以CAD模型离散点云数据为引导,将配准过程分为初步配准和精确配准两个步骤。采用基于PCA提取特征坐标系的方法进行初步配准,采用k-d tree加速的ICP算法进行精确配准,将实测点云数据和设计原型离散点云数据转换到同一个坐标系中。基于UG NX平台将经过坐标转换的实测点云数据读入到CAD模型中,得到同一环境坐标系下配准后的实测点云数据和CAD模型,为制造偏差分析提供了基础,并进行了实例验证。     

基于图像的点云初始配准

针对地面激光点云的分辨率不同等问题,提出一种不借助额外装置,把二维图像与三维点云相结合的初始配准方法。把不同分辨率点云均匀滤波,根据深度值把三维点云转化为二维灰度图,利用SURF算法提取图像的特征匹配点对;根据映射关系找到三维特征匹配点,利用单位四元数法求出变换矩阵完成点云初始配准。实验结果表明,该算法对于地面激光数据的配准,无论从配准的精度上还是时间上均有很大提高。