基于点云增强优化的泊松重建算法

为了提高大规模散乱点云的重建精度和效率,针对泊松算法在实际工程应用过程中产生的“数据空白”现象以及不能很好的捕捉重建表面局部细节的缺陷提出了改进。通过对采样点中的异常点进行详细分析,根据分析结果进行相应的降噪后处理,利用双三次样条插值方程拟合曲面,能够很好地修复孔洞,解决点云模型全局偏移的问题,形成新的采样点,采用最小二乘法精确计算并调整了点云数据法向量;实验解决了传统算法重建的面片质量的问题,使重建出的表面细节更加显著。实验结果表明该方法具有良好的适用性,具有较高的重建效率和精度。     

基于RGB-D相机的多视角机械零件三维重建

为了低成本且高效的实现对机械零件的三维重建和参数测量,研究了利用RGB-D相机从6个角度拍摄机械零件,获得零件不同角度的深度图像与彩色图像,通过坐标转换将深度图像转换成点云数据。首先利用滤波算法去除点云噪声,分割出机械零部件的点云数据,并利用PCA主成分分析法计算点云数据的法向量;使用最近点迭代算法（ICP）实现相邻三视角点云数据的配准,得到正背面的点云,将正背面点云进行旋转融合得到最终的目标点云数据;最后使用泊松重建算法得到完整闭合的零件三维模型。实验结果表明本文的三维重建方法具有较好的鲁棒性和准确性,重建得到的三维模型细节清晰,点云误差较小。     

基于ToF相机的三维重建技术

针对利用ToF相机实现物体的重建提出一种新的三维重建算法,通过分析物体重建过程的特点,对KinectFusion的重建算法进行改进。点云匹配过程包括粗匹配和精匹配两个过程,最后进行全局优化,提高相机位姿估计的精度,从而得到更精确的三维重建结果。利用泊松重建算法重建物体表面,相比于TSDF算法,能够实现完整表面的重建。提出结合强度图对深度图进行多边滤波的算法以及一种新的补空洞法则,增强深度图像。多边滤波算法在PSNR和SSIM的评估中都优于双边滤波结果,提出的三维重建算法与KinectFusion三维重建结果对比,表面更完整,重建结果更优。     

改进PMVS三维重建点云滤波算法

针对在小范围场景进行单目视觉三维重建过程中,稠密点云模型存在大量离群点的现象,提出一种改进的点云滤波算法。将多视图稠密重建(Patch-based Multi-View Stereo,PMVS)算法与统计分析法相融合,对利用PMVS算法得到的稠密点云进行统计分析,设定标准距离并求解点云中每一个点到其所有邻近点的平均距离,去除平均距离大于标准距离的点。实验结果表明,融合后的点云滤波算法不仅剔除了大量离群点,还在保证目标物体细节特征的情况下对冗余的特征点进行一定程度上的消除,在提高重建表面真实度和精度的同时,为后期测量装配工作提供了可靠模型。     

心内膜表面几何模型三维重建算法研究

心内膜三维表面重建是心内膜三维标测系统中的关键问题。为了满足实际应用需求, 根据采集到的散乱点云数据的特点, 提出了一种改进的泊松表面重建算法。在估计表面点云法向量的基础上, 对表面点云法向量进行法向量一致化处理, 有效地控制时间复杂度, 快速重建出平滑的心脏模型。针对泊松表面重建算法中构建MC曲面出现的二义性问题, 提出一种消除二义性的简化改进方法, 可以更加精确地获取模型逼真表面, 提高重建的速度和精度。同时, 可以根据医生的要求, 对重建出的模型实时修正, 满足临床应用。最后, 通过实验验证了算法的有效性和可行性。     

基于有限细节的植物叶片多密度点云重建算法

针对粗糙点云在植物模型重建过程中遇到的噪点多、边缘粘合等问题,提出一种基于有限细节的多密度点云重建算法。首先利用Kinect采集到的深度和颜色信息提取出植物叶片点云,并通过颜色信息对原始点云进行稀疏处理,分离开粘合部位,得到理想的点云;然后基于人眼视觉识别的局限性提出了一种有限细节多密度点云重建算法,与传统的网格重建不同,其以点代面通过不断细化点的密度来产生视觉误差上的模糊曲面。实验证明,所提算法的重建效果和速度在一定程度上优于网格重建的。     

采用去抖动模糊算法的稠密三维重建

针对无人机在航拍大场景对象进行三维重建时因抖动产生的图像模糊现象,以及二维图像序列经运动恢复结构SFM后得到的点云较为稀疏,可视化差等不足,采用去抖动模糊算法恢复模糊图像的原始图像信息,然后在运动恢复结构的基础上进行基于点云的稠密三维重建,最后对稠密重建后的点云进行泊松表面重建以得到表面致密、均匀的三维模型。实验结果表明,去抖动模糊算法可以有效地提高图像的质量,大场景对象经过基于点云的稠密三维重建后得到的重建效果逼真,可视化强。     

点云模型上近似测地线的计算

为了有效计算点云模型上任意两点间的近似测地线,将点云模型沿着直角坐标系中三坐标轴方向进行空间栅格划分后,建立表示点云模型的带权图,采用Dijkstra算法计算带权图上任意给定两点间的最短路径作为初始测地线;然后通过使能量函数最小化,用共轭梯度方法对初始测地线迭代优化,计算得到点云模型上任意给定两点间的近似测地线。该算法无需对点云模型进行网格化,无需对点云模型进行局部或全局的曲面重建,适合大规模点云模型上测地线的计算。     

大规模孔洞点云的快速重建算法研究 *

针对实际中经常存在的含有孔洞的点云数据 ,在原多层重建算法的基础上提出了一种可以进行点云补洞的快速曲面重建算法。首先对散乱点云数据进行空间自适应八叉剖分 ,然后对点云数据进行由粗到精的多层插值 ,建立隐式曲面方程 ,最后提出了两种加快重建的方法。加速算法可以减少重建时间 ,非常有利于处理大规模点云。实验结果证明 ,本算法对点云孔洞修补效果良好 ,重建速度快 ,效率高。     

基于泊松方程的孔洞修补算法

传统网格生长法对孔洞数量庞大且孔洞类型复杂的三维网格模型修复效果不佳。针对该问题,将泊松方程应用于三角网格模型的孔洞修补。利用原始模型信息建立泊松方程,对输入模型曲面进行全局拟合,根据孔洞信息裁剪拟合得到的预测曲面并与原始孔洞模型缝合,通过孔洞边界区域法向量信息调整修补曲面的三角面片方向,达到特征增强的目的。实验结果表明,该算法对于结构复杂的多孔洞三维模型修补效果较好,对噪声鲁棒性强,在保留模型原始信息的同时能够准确还原孔洞区域特征。     

邻域自适应的三维点云滤波算法

针对现有的点云滤波算法存在的精度丢失和收缩的不足,提出邻域自适应选择的算法,有效地改善了点云滤波中丢失精度的问题.算法首先针对原始点和均值点滤波出现的收缩问题,提出混合增采样策略.其次采用邻域自适应选择保持特征部分的滤波精度.最后定义每个采样点以对应的似然函数,并按照其梯度方向进行迭代,通过最大似然估计得到最优滤波结果...     

基于全向声呐的引水隧洞点云模型去噪方法研究

三维重建技术逐渐成为引水隧洞运营期安全检测的关键手段。而受隧洞特殊水文环境噪声、数据采集设备噪声以及载体运动噪声等影响,采集的点云数据不可避免的会遭受到噪声干扰,导致有用信息缺乏,不利于三维重建的进行。因此,该文提出了基于声呐数据特征点的点云去噪算法,实现隧洞点云数据的去噪。首先,该文依据引水隧洞声呐点云数据的特点,定义视觉距离和视角向量特征参数;其次,通过耦合视角向量与点云法向量估计点云漂移向量,并使用核函数方法估计视角距离参数的概率密度分布从而计算漂移距离;最后,采用漂移算法在保持点云模型特征的同时实现噪声的滤波。实验结果表明,该文提出的算法在去除隧洞点云模型数据噪声的同时能很好的保持引水隧洞模型的细节特征,为后续隧洞病害的检测提供高精度点云数据模型。     

基于Kinect的轴类零件三维重建研究

使用Kinect采集的深度数据,进行了轴类零件三维重建算法的研究。首先借助Kinect获取深度和彩色数据,通过坐标转换将深度信息转换成三维点云数据;其次提取出感兴趣目标的点云数据,根据点云数据的噪声特点,并对其进行滤波降噪处理;然后进行点云分割获得点云集,最后对各点云集进行结构参数化分析。实验结果表明,本文算法能够精确、高效地实现轴类零件的重建。     

散乱点云数据的高阶平滑隐式曲面重建

针对三维扫描或三维重建获取的散乱点云数据曲面重建问题, 提出基于拉普拉斯规则化的高阶平滑算法。首先, 计算点云数据的包围盒并离散化得到体素空间; 其次, 在体素空间根据隐式曲面的梯度和点云位置、法向信息建立目标函数, 并通过对目标函数的拉普拉斯规则化达到控制重建曲面光顺效果的目的; 再次, 根据最优化原理将重建问题转换为一个稀疏线性方程组求解问题; 最后, 通过步进立方体算法得到重建曲面的三角网格表示。定性和定量的实验结果表明, 该方法重建曲面绘制效果和精确度优于常用的Poisson方法。     

面向三维重建的自适应列文伯格-马夸尔特点云配准方法

针对三维重建时点云配准过程易受环境噪声、点云曝光、光照、物体遮挡等因素的影响,以及传统ICP配准算法配准精度低、耗时长等问题,提出一种基于自适应列文伯格-马夸尔特迭代式的点云配准方法。首先,对初始点云数据采用统计滤波和体素栅格滤波相结合的方式进行降噪预处理;然后,对滤波后的点云进行分层,剔除位于层外的外点数据,以提高后续点云配准的精度;针对传统点云特征描述方法计算量大的问题,使用平滑度参数提取点云特征,以提升点云配准的效率;最后,根据点云特征建立帧间点到线及点到面的约束关系,采用改进的列文伯格-马夸尔特(Levenberg-Marquardt)方法完成点云配准,构建较理想的三维重建模型。实验结果表明,提出的点云配准方法适用于室内及室外场景的三维重建,环境适应性强,且点云配准精度和效率都有较大提升。     

点云模型的噪声分类去噪算法

针对三维点云模型数据在去噪平滑过程中存在的不同尺度噪声和算法计算耗时问题,提出了点云模型的噪声分类去噪算法。该算法根据噪声点分布特性,将其分为大尺度和小尺度噪声,先利用统计滤波结合半径滤波去除大尺度噪声;然后使用快速双边滤波对小尺度噪声进行平滑,实现点云模型的去噪和平滑。与传统的双边滤波相比,利用快速双边滤波对点云模型数据进行平滑,有效地提高了计算效率。实验结果表明,该算法对点云噪声进行快速平滑去除的同时又能有效地保持被扫描物体的几何特征。     

基于特征点匹配的排水管道声点云模型配准算法

三维重建技术逐渐成为获取全面、完备、准确的排水管道信息的关键手段。而实际检测受到管道堵塞等工况与管道检测规程等因素限制,造成所获得的管道声呐点云模型会出现位姿不同、部分重叠或空缺等情况,需要通过配准获取完整管道模型。同时,传统ICP算法针对管道模型存在效率低、精度差的问题。因此,该文提出基于特征点匹配的粗配准与改进的ICP精细配准相结合的点云配准算法。首先,利用ISS特征点检测法检测出模型特征点,通过FPFH对特征点进行进一步的描述;其次,采用RANSAC算法筛选出正确特征匹配点集,利用四元数法解算出初始变换参数完成粗配准;最后,在粗配准基础上,通过改进最近对应点查询的ICP算法完成精细配准。实验结果表明了该文算法的可行性与优越性,能为后续排水管道缺陷检测提供高完备、全面、准确的点云模型。     

用于多视点云拼接的改进ICP算法

点云拼接在三维物体重建中有着广泛的应用,由于扫描设备会受到光照、遮挡或物体尺寸等的影响,使得扫描设备不能在同一视角下获取待测物体的全部点云信息. 针对迭代最近点算法（ICP）受点云初始位姿影响较大,鲁棒性差的特点,提出一种将多视点云数据作为研究对象,基于改进ICP算法的点云拼接算法. 该算法在选取特征点时,将坐标轴与阈值相结合,设定一个阈值约束候选点的搜索范围,然后得到欧氏距离最近的点集,并使用ICP算法进行点云拼接. 实验结果表明使用本文算法较传统ICP算法在迭代耗时、拼接精度上有明显的优势.