基于重叠域采样混合特征的点云配准算法

针对部分重叠的两片点云配准效率低、误差大等问题,提出了一种基于重叠域采样混合特征的点云配准算法。首先,通过编码和特征交互的方式预测每个点的重叠分数,获得更丰富的点云特征。其次,提取重叠点的局部几何特征,基于重叠分数和点特征的显著性保留重叠关键点。最后,利用重叠关键点的几何信息和空间信息构建混合特征矩阵,计算矩阵的匹配相似度,采取加权奇异值分解运算得到配准结果。实验结果表明,该方法具有较强的泛化能力,能在保证配准效率的同时显著提升点云配准精度。     

基于FPFH-ICP的三维工件点云配准方法研究

针对三维工件点云配准方法存在配准精度低等问题,笔者提出一种基于快速点特征直方图（Fast Point Feature Histogram,FPFH）初始匹配与迭代最近点（Iterative Closest Point,ICP）的点云配准方法。首先,在配准前使用随机抽样一致（Random Sample Consensus,RANSAC）算法对初始点云数据进行预处理,获得目标点云数据;其次,使用FPFH算法提取点云特征,进行特征匹配,求得初始变换矩阵;再次,使用ICP算法对初始变换矩阵进行增益,求得最终变换矩阵;最后,完成点云精确配准。基于三维工件点云,将本文算法与经典算法对比测试。实验结果表明,本文算法在配准精度上有所提高。     

基于区域分割的低覆盖点云配准算法

针对低覆盖点云配准的时间复杂度高、收敛速度缓慢以及对应点匹配易错等问题,提出一种基于区域分割的点云配准算法。首先,利用体积积分不变量计算点云上点的凹凸性,并提取凹凸特征点集;然后,采用基于混合流形谱聚类的分割算法对特征点集进行区域分割,并采用基于奇异值分解（SVD）的迭代最近点（ICP）算法对区域进行配准,从而实现点云的精确配准。实验结果表明,所提算法通过区域分割可以大幅提高点云区域的覆盖率,并且无需迭代即可计算刚体变换的最佳旋转矩阵,其配准精度比已有算法提高了10%以上,配准时间降低了20%以上。因此,所提算法是一种精度高、速度快的低覆盖点云配准算法。     

基于空间可变形Transformer的三维点云配准方法

针对低重叠场景下点云配准方法鲁棒性差、配准精度低的问题,提出一种基于空间可变形Transformer(SDT)的三维点云配准方法。设计多级分辨率特征的提取与融合方法,显式计算点云的局部空间关系。利用SDT模块增强点云空间特征的表达能力,聚合局部与全局的特征得到特征矩阵。计算两个特征矩阵的相似度矩阵并额外地为其添加边缘松弛块,有效降低了不可行匹配对配准鲁棒性的影响,同时对相似度矩阵进行归一化等计算得到软对应置信度矩阵,根据预测的对应点空间特征是否一致来寻找点云在低重叠场景下更精确的对应关系,使用直接定义在对应关系上的损失来训练网络,将软对应关系转换为一对一的硬匹配关系,最终通过随机抽样一致性刚性变换求解器执行配准。实验结果表明,在重叠率低于30%的3DLoMatch场景中,该方法的特征匹配召回率和配准召回率相比于高度关注重叠区域的成对点云配准等方法至少提高了3.7和3.9个百分点,并且具有较强的鲁棒性。     

大型工件部分点云与整体点云的配准方法

部分点云与整体点云的高效、高精度配准是完成大型工件尺寸快速评价工作的基础,但由于部分点云和整体点云全局特征的差异性,使用现有的局部特征描述符进行点对匹配搜索计算量大,点云配准耗时长.为此,针对部分点云与全局点云的几何特征,提出一种基于区域均值特征描述符的部分点云与整体点云配准方法.首先提出一种区域均值特征描述符,能够有效地描述点云中关键点的邻域几何特征;然后通过评价点云区域均值特征描述符的特征度选择数据点作为待配准关键点,搜索与之匹配的描述符,完成部分点云与整体点云的关键点匹配;最后使用奇异值分解法计算点云之间的转换矩阵,基于迭代最近点算法完成部分点云与整体点云的配准.利用斯坦福公共数据库点云集和大型发动机舱段的三维扫描点云数据,对配准算法的配准准确度和配准速度进行实验的结果表明,与现有的几种基于局部特征描述符(PFH,HoPPF,PPFH,FPFH)的点云配准方法相比,所提方法配准准确度平均提高56.75%,配准速度平均提高45.57%,验证了该方法的有效性.     

改进的基于FPFH特征配准点云的方法

ICP(Iterative Closest Point)算法是点云配准中最常用的算法,而点云的FPFH(Fast Point Feature Histograms)特征可在点云配准中为其提供初始匹配信息。针对该方法的初始匹配中距离测度等问题,提出一种改进的基于FPFH特征配准点云的方法。点云配准时首先计算2个点云的点的FPFH特征之间的巴氏距离,以k-d树检索巴氏距离最小的对应点,然后利用奇异值分解计算初始转换矩阵,进行ICP算法精细匹配,求得最终变换矩阵。实验结果表明,改进的基于FPFH特征配准点云的方法能为ICP算法提供良好的初始变换矩阵,在同等迭代次数下该方法具有更高的精度。     

改进SIFT算法的手指静脉特征提取和匹配研究

为了更好地研究SIFT（尺度不变特征）算法在手指静脉特征提取和匹配过程中的应用,提出将手指静脉样本图像特征点代入到同散度矩阵的低维子空间,利用对低维子空间映射的方法可以提高SIFT算法在宏观层次上的准确度,设想基于尺度、方向和距离约束,通过RANSAC消除错误匹配的点对,改良特征点的匹配精度和特征匹配的点对数目。通过对手指静脉图像处理及实验可得,优化后的SIFT算法识别率可以做到99.68%,效果较普通SIFT算法更为准确、有效。     

基于评分填充与信任信息的混合推荐算法

针对推荐系统的数据稀疏性导致的推荐效果不佳的问题,提出一种基于评分填充与信任信息的混合推荐的算法RTWSO（Real-value user item restricted Boltzmann machine Trust WSO）。首先,使用改进的受限玻尔兹曼机模型对评分矩阵进行填充,以缓解评分矩阵的稀疏性问题;其次,从信任关系中提取信任与被信任关系,并通过基于矩阵分解的隐含信任关系相似度来解决信任信息稀疏的问题,而且对原有算法进行了包含信任信息的修正,以提高推荐准确度;最后,通过加权Slope One（WSO）算法对矩阵填充与信任相似度信息加以整合,并对评分数据进行预测。在Epinions与Ciao数据集中验证算法性能,可见所提出混合推荐算法较组成算法在推荐准确度上提升3%以上,较现有社会化推荐算法SocialIT（Social recommendation algorithm based on Implict similarity in Trust）在推荐准确度上提升1.2%以上。实验结果表明,所提出的基于评分填充与信任信息的混合推荐算法在一定程度上提高了推荐准确度。     

SIFT算法在点云配准中的应用

提出一种精确有效的点云配准算法。通过对图像进行SIFT特征检测与匹配来获得特征点与匹配关系,用RANSAC算法剔除误匹配点,然后由映射关系获取三维对应特征点,采用投票法来进一步剔除误匹配点。在由单位四元数法获得点云初始位置关系的基础上,采用基于特征点的改进ICP算法来实现精确配准。通过实验验证,该算法在点云配准中具有速度快和稳定性好的特点。     

基于评分填充与信任信息的混合推荐算法

针对推荐系统的数据稀疏性导致的推荐效果不佳的问题，提出一种基于评分填充与信任信息的混合推荐的算法RTWSO（Real-value user item restricted Boltzmann machine Trust WSO）。首先，使用改进的受限玻尔兹曼机模型对评分矩阵进行填充，以缓解评分矩阵的稀疏性问题；其次，从信任关系中提取信任与被信任关系，并通过基于矩阵分解的隐含信任关系相似度来解决信任信息稀疏的问题，而且对原有算法进行了包含信任信息的修正，以提高推荐准确度；最后，通过加权Slope One（WSO）算法对矩阵填充与信任相似度信息加以整合，并对评分数据进行预测。在Epinions与Ciao数据集中验证算法性能，可见所提出混合推荐算法较组成算法在推荐准确度上提升3%以上，较现有社会化推荐算法SocialIT（Social recommendation algorithm based on Implict similarity in Trust）在推荐准确度上提升1.2%以上。实验结果表明，所提出的基于评分填充与信任信息的混合推荐算法在一定程度上提高了推荐准确度。     

基于特征提取的点云自动配准优化研究

针对三维点云自动配准精度不高、鲁棒性不强等问题,提出一种基于判断点云邻域法向量夹角的自动配准算法。该算法首先计算点云中每个点的法向量与邻域点集的法向量夹角的余弦值,然后把邻域各点的余弦值作为该点的属性特征向量,进行特征分类提取特征点,根据几何特征的相似性初步搜索匹配点对,并采用欧式距离约束条件剔除匹配错误的点对;运用最小二乘法计算初始配准参数,再通过改进的迭代最近点（Iterative Closest Point,ICP）算法进行精匹配。实验证明,该算法相对于经典的ICP算法无论收敛速度还是匹配精度上都有提升。     

基于特征点动态选择的三维人脸点云模型重建

针对典型的点云配准方法中伪特征点过多导致配准效率低和配准结果不精确的问题,提出一种基于特征点动态选择的三维人脸点云模型重建方法。该方法在粗配准阶段,采用动态特征矩阵求解法获取粗匹配特征变换矩阵以避免伪特征点的干扰。在精配准过程中,采用二次加权法向量垂直距离法在人脸流形表面选择更有效的特征点以减少伪特征点的数量,并采用基于特征融合与局部特征一致性的迭代最近点方法进行精配准。经过对比实验验证了算法的可行性,实验结果表明,提出算法能够实现高精度且快速的三维人脸点云模型重建,且均方根误差达到1.816 5 mm,相较于其他算法,在模型重建精度和效率方面都有所提升,具有良好的应用前景。     

三维点云配准中的计算智能方法综述

随着三维数据采集设备的成熟与普及,由激光雷达、结构光传感器和立体相机等设备采集的点云数据引起了广泛关注,并以此研究出针对点云的配准、分类、分割和跟踪等算法,推动了点云相关研究领域的科研进展。点云配准是点云数据处理的一个重要研究方向,旨在找到一个刚性变换运动参数,使得运动参数作用于源点云后能够与参考点云对齐。传统的点云配准方法大多存在着对初始位姿、异常值敏感等问题,而计算智能方法在处理点云配准问题,例如去除孤立点或求解矩阵时可以有效解决这些问题,并且能够适用于点云重叠程度低的情况,表现出较强的鲁棒性和泛化性。这种方法不依赖于问题本身特性,也不需要建立精确的模型,只需要求出替代真值解的近似解,大幅简化了计算量。在计算智能中,深度学习因其强大的学习能力越来越多地应用于点云配准问题,同时由于进化计算的强大全局搜索能力以及模糊逻辑对不确定性的良好适应能力,许多研究也将这两种方法应用于配准问题。本文对点云配准领域中的计算智能方法进行全面讨论,分别从基于深度学习、进化计算和模糊逻辑的点云配准方法这 3 个方面展开论述,同时对传统的点云配准方法进行简要介绍,并对各种方法的优缺点进行了详细讨论,旨在以更全面、清晰的方式总结点云配准问题上的相关研究。     

使用霍夫变换的3维点云拼合算法

目的 直接基于点云数据本身的拼合算法对点云模型的位置和重叠度有着较高的要求。为了克服这种缺陷,提出一种针对散乱点云的分步拼合算法。方法 不同于大多数已有的基于曲率信息的拼合算法,本文算法包含了一个序贯式的匹配点对筛选过程和一个基于霍夫变换的坐标变换参数估计过程。在筛选过程中,首先利用曲率相似度确定点云数据之间的初始匹配关系,然后利用刚体不变量特征邻域标识相似度以及持续特征直方图相似度对初始匹配点对进行连续两次筛选以便得到更为精确的匹配点对集。在参数估计阶段,通过对匹配点对的旋转矩阵和平移矢量的参数化处理,利用霍夫变换消除错误匹配点对对坐标变换参数估计的影响,从而得到更加准确的坐标变换参数,实现点云的3维拼合。结果 利用本文算法对两片部分重叠的点云数据进行了拼接实验。实验结果表明,本文算法能很好地实现对部分重叠点云的拼合。由于霍夫变换的引入,本文算法相较于经典的Ransac算法具有更高的正确率、稳定性以及抗噪性,在运行速度上也具有一定的优越性。结论 本文算法不仅能适用于任何具有任意初始相对位置的部分重叠点云的拼接,而且可以取得很高的拼合精度和很好的噪声鲁棒性。     

基于3D-Harris 与FPFH 改进的3D-NDT 配准算法

针对传统点云配准三维正态分布变换(3D-NDT)、迭代最近点(ICP)算法在未给定初 始配准估计的情况下配准效果不佳、配准时间长、误差较大的缺陷,提出了精准且相对高效的 点云匹配算法。首先,运用3D-Harris 算法识别每一幅点云的关键点,并以此为基本点建立局 部参考框架,计算快速点特征直方图(FPFH)描述子;之后,使用最小中值法(LMeds)中的对应 估计算法排除不准确的点对应关系,得到含有对应三维特征关系的特征点对。计算粗配准所需 的变换矩阵,完成初步匹配。随后,根据3D-NDT 算法将点云数据空间体素化,运用概率分布 函数完成最终的点云进行精确地匹配。使用改进配准将3 组分别从网络下载的较少噪声、大规 模与Kinect V2.0 采集的较多噪声、大规模的2 组重叠度不同的点云数据匹配到同一个空间参考 框架中,并通过精度分析对比经典3D-NDT,ICP 等算法。实验结果证明,该算法在迭代次数 较低时,可使室内场景点云数据完成精度较高的配准且受噪声影响较小,但如何将算法的复杂 度适当降低,缩短配准时间需要更进一步的研究。     

基于树木相对位置关系的多时相机载激光雷达人工林点云匹配

人工林资源的精准监测是提升人工林培养质量、可持续经营管理水平及准确估测人工林碳储量的前提。使用机载激光雷达可获取高精度的森林冠层结构信息,然而,只有在同一森林区域获取多期激光雷达点云并进行精准匹配的基础上,才能有效实现人工林资源的动态监测。针对人工林树种单一、排列规整,缺乏纹理特征等特点,基于树木的相对空间关系,创建了一种高鲁棒性的多期机载激光雷达人工林点云匹配算法。首先,利用地面点进行z轴配准,并对两期点云进行单木分割,获取树位置和高度信息,并根据树木水平及垂直方向的相对关系提取单木匹配特征;其次,建立合适的相似度函数,结合单木匹配特征构造加权二分图模型,并使用最大权匹配算法得到两期树木对应关系;最后,使用奇异值分解求解最优变换矩阵,完成配准。通过在江苏省沿海典型人工林研究区（主要树种为杨树和水杉）进行试验验证,结果表明：该匹配算法在水杉和杨树的典型样地中配准效果均较好,其中水杉样地（配准后RMSE=42.5 cm）配准结果优于杨树样地（配准后RMSE=58.8 cm）。该算法能够有效提升多期机载激光雷达人工林点云的匹配精度,并为人工林的动态监测（特别是单木尺度的砍伐和生长等信息获取...     

A fast registration algorithm of rock point cloud based on spherical projection and feature extraction

Point cloud registration is an essential step in the process of 3D reconstruction. In this paper, a fast registration algorithm of rock mass point cloud is proposed based on the improved iterative closest point (ICP) algorithm. In our proposed algorithm, the point cloud data of single station scanner is transformed into digital images by spherical polar coordinates, then image features are extracted and edge points are removed, the features used in this algorithm is scale-invariant feature transform (SIFT). By analyzing the corresponding relationship between digital images and 3D points, the 3D feature points are extracted, from which we can search for the two-way correspondence as candidates. After the false matches are eliminated by the exhaustive search method based on random sampling, the transformation is computed via the Levenberg-Marquardt-Iterative Closest Point (LM-ICP) algorithm. Experiments on real data of rock mass show that the proposed algorithm has the similar accuracy and better registration efficiency compared with the ICP algorithm and other algorithms.