三维点云分割研究综述

点云是在三维空间层面完整表达周围环境的重要数据形式.传统的自主移动机器人通过激光雷达或者RGBD相机等传感器可以获取点云数据.点云分割是认知与理解点云数据中所携带的信息的重要方法.本文对点云分割,包括传统点云分割、点云语义分割、点云实例分割等的发展现状进行了分析与阐述.     

基于ArcGIS的三维点云数据处理方法研究

本文重点讨论了基于Arc GIS的三维点云数据处理的关键技术,并结合了实例进行了说明研究。实验结果表明通过Arc GIS平台实现了对地理信息数据分析功能和三维点云数据在Arc GIS的处理和利用,为海量的三维地理信息数据应用与GIS平台做了初步探讨。     

基于三维点云螺纹中轴线的拟合方法研究

螺纹中轴线的精确测定是决定螺纹三维测量结果是否准确的重要因素之一。中轴线的倾斜、偏移会对工件坐标系的建立、螺纹的三维重构、参数检验等测量操作引入误差。基于三维点云的最小二乘拟合算法,开展了螺纹中轴线的拟合方法研究。根据螺纹表面点云数据,利用螺纹表面与中轴线的特征关系建立最小二乘数学模型,通过计算点云数据的三维凸包滤除螺纹自身三维结构带来的拟合误差,使螺纹中轴线的测定更精准。通过仿真实验,基于三维点云的最小二乘拟合算法拟合的直线与三维点云的距离方差为0.34,在旋合长度范围内与投影法确定的直线两端最大距离为0.15μm,符合三维测量高精度标准,基于三维点云的最小二乘拟合算法可以快速、准确地拟合螺纹中轴线。     

基于点云的球面三维逆向建模

球面拟合是三维逆向建模中面临的亟待解决的复杂难题之一。它广泛应用于零件检测、建筑物结构恢复建模、医学血管和细胞模拟领域。论文改进了对三维球面点云进行直接拟合的方法,得到球面的相关几何参量,并在速度和精确度上都获得了提高。论文对拟合相关参数和噪声影响进行分析,并否定了对选定的数据集分组整合的算法。LM(Levenberg-Marquardt)算法是最广泛应用的最小二乘法二次曲面拟合的方法之一,本算法在与LM算法的对比中凸显了算法在时间和某些情况下精度的优越性,为进一步研究三维图形拟合重建恢复等工作打下了基础。     

两步法合成磷酸银及其光催化性能研究

采用两步法制备磷酸银光催化剂并用于可见光下降解甲基橙。结果表明,两步法合成磷酸银光催化性能优于一步沉淀法,10min甲基橙降解率可达98%。磷酸银光催化降解甲基橙最佳条件为:催化剂量为2.5g/L,反应时间10min,光强16Klux。表征结果表明,磷酸银为简单立方晶型,颗粒尺寸为1μm,吸收边为535nm,光照后表面吸附羟基自由基。重复性实验证明磷酸银光稳定性差,6次重复使用其10min甲基橙降解率降至12.85%,XRD结果证实磷酸银表面产生单质银。     

双目立体视觉中特征点三维坐标重构校准研究

双目立体视觉是一种商业化较成熟的三维测量技术,左右摄像机内外参数的精确标定是实现三维重构的基础和关键。针对棋盘格和圆点两种标定板图案研究了相应的图像处理技术,实现了标定点的亚像素精度定位及其有效排序。采用基于单映性约束和非线性优化的多视角平面标定算法实现了摄像机光学及空间位置参数求解。用极线约束残差法衡量标定结果的准确度。基于桥式三坐标标准实现标定点三维重构平面度以及多平面空间夹角测量结果的校准,基于光学三坐标标准实现了标定点三维重构空间距离的校准,并分析了校准结果的不确定度。圆标志点三维重构空间距离示值误差为0.029 mm,不确定度U=24 μm（k=2）     

两步氧化法制备ZnO薄膜及其光催化特性研究

本文采用热蒸发法在玻璃衬底上沉积Zn膜,然后在氧气中通过两步热氧化制备ZnO薄膜。利用X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）和紫外透过光谱等表征技术,研究了氧化温度对ZnO薄膜结晶质量和光学性能的影响。研究结果表明,两步氧化法在400℃下氧化1 h后的样品中除含有ZnO成份外,还有少量金属Zn存在;525℃下氧化1 h可以制备出疏松多孔的ZnO薄膜,其在紫外光和可见光范围内的透过率可达85%。通过太阳光和紫外光（254 nm）催化降解苯酚实验,发现两步氧化法制备的ZnO薄膜具有良好的光催化特性：太阳光照10 h后苯酚降解率达到56%,紫外灯下苯酚降解率高达86%。此外,ZnO薄膜的光催化重复利用实验表明,经过H2O2溶液清洗干燥处理后,ZnO薄膜可以基本恢复其光催化能力,此特性为ZnO薄膜的重复利用提供了很好的实验依据。     

三维点云模型高鲁棒性多重盲水印算法研究

目的为了满足多用户共享三维模型版权时的单用户版权独立认证等需求,结合CDMA技术,提出一种三维点云模型高鲁棒性多重盲水印算法。方法为不同用户分配不同的Walsh码,并利用Walsh码,对各自的二值水印图像进行编码,得到多路混合的水印;对三维点云模型进行仿射不变性处理,并将模型的顶点坐标转换为球面坐标,角度值按照升序排序,按顺序选择顶点到重心的距离组成的二维矩阵,作为水印的嵌入对象。对二维矩阵进行二级小波变换,将多路混合的水印嵌入到对角线方向高频部分,经过小波逆变换得到含多重水印的三维点云模型。结果该算法对噪音、仿射、重排序等攻击具有很强的鲁棒性。能够嵌入多重水印,且多重水印之间没有发生相互碰撞。结论文中算法能够满足多用户共享三维模型版权时单用户版权独立认证和版权保护的需求。     

列车车轮三维结构光检测中的点云处理研究

列车轮对作为转向架的关键零部件,其检测手段仍以人工检测为主,现有的自动检测方案,大多针对车轮某一断面的参数尺寸进行测量,难以真实反映车轮轮缘踏面的损伤情况.为此,该文提出一种列车车轮三维结构光检测中的点云处理方案.首先,利用三维结构光测量仪器采集列车车轮的三维点云数据;其次,根据列车车轮三维点云的特点,确定包括离群点去...     

A hybrid point cloud alignment method combining particle swarm optimization and iterative closest point method

3D quality inspection is widely applied in many industrial fields including mould design, automotive and blade manufacturing, etc. A commonly used method is to obtain the point cloud of the inspected object and make a comparison between the point cloud and the corresponding CAD model or template. Thus, it is important to align the point cloud with the template first and foremost. Moreover,for the purpose of automatization of quality inspection, this alignment process is expected to be completed without manual interference. In this paper, we propose to combine the particle swarm optimization(PSO) with iterative closest point(ICP) algorithm to achieve the automated point cloud alignment. The combination of the two algorithms can achieve a balance between the alignment speed and accuracy, and avoid the local optimal caused by bad initial position of the point cloud.     

基于点云三维重构的配合面装配间隙分析方法研究

在大型航空复合材料零部件装配过程中难免出现装配对接间隙,由于间隙较小,当构件固定之后内部间隙不可达,难以测量。因此,为了克服这一难题,完成装配体小间隙的测量,本文提出了利用逆向重建和虚拟装配的方式进行装配间隙测量的方案。本文基于大型航空复合材料零部件测量的背景,结合双目视觉测量原理,采用视觉与激光相结合的测量方式,研究从点云获取至装配仿真模型的逆向重建技术,在CATIA的虚拟环境下完成装配间隙的测量。     

平面参数空间的实时三维点云配准方法

针对具有多平面结构的室内环境的三维定位和环境建模,提出了一种在平面参数空间进行配准的实时三维点云配准方法。该方法首先使用一种改进的三维霍夫变换算法快速提取点云中的平面特征,然后使用迭代算法在平面的参数空间中寻找最近平面,最后使用这些平面的对应关系来估计两帧点云之间的位姿变换关系。在一个实验室场景中进行的对比实验表明,该算法能够达到与传统迭代最近点(ICP)算法相似的精度,而且速度大大提升。在仅使用普通笔记本CPU的情况下即可实现实时的点云拼接。     

A two-step iterative method and its acceleration for outer inverses

A two-step iterative method and its accelerated version for approximating outer inverse \(A^{(2)}_{T,S}\) of an arbitrary matrix A are proposed. A convergence theorem for its existence is established. The rigorous error bounds are derived. Numerical experiments involving singular square, rectangular, random matrices and a sparse matrix obtained by discretization of the Poisson’s equation are solved. Iterations count, computational time and the error bounds are used to measure the performance of our method. On comparing our results with those of other iterative methods, it is seen that significantly better performance is achieved. Thus, enhanced speed and accuracy from the computational points of view has resulted for our methodology.     

一种弱故障特征信号的提取方法及其应用研究

由S变换推导出的时序分解算法可以将一个任意的初始时间序列变换成一组突出时间序列局部信息的二维时间序列，该时序分解的可逆性表明了它可用于时域信号的滤波与特征提取。希尔伯特变换可有效地对时域信号进行解调，其实质是对原始信号作一次特殊的滤波。综合前述两种变换的优点，提出了结合希尔伯特变换及时序分解的弱故障特征信号提取算法，采用数值仿真实验及齿轮故障诊断进行了验证，结果表明，此种方法能有效地提取混在强背景信号中的弱故障特征信号。     

3D LiDAR point cloud image codec based on Tensor

ABSTRACT

This paper proposes a new and efficient codec called 3D Light Detection and Ranging (LiDAR) point cloud coding based on tensor (LPCT) concepts. By combining the techniques of Statistical Subspace Outlier Detection and Logarithmic Transformation, LPCT effectively makes the unreliable points imperceptible and diminishes the spatial coefficient ranges. LPCT is applied to achieve the perfect encoding and decoding performances by using tensor. The iterative compression method is introduced to immensely reduce the dimension of a higher-order point cloud data. Experimental results reveal that the proposed LPCT yields a better independent compression ratio (CR) and impressive quality of a decompressed image than the existing well-liked compression approaches, namely 7-Zip and WinRAR. This work proves that the proposed lossless LPCT algorithm compresses the spatial information of various size point cloud images into six bytes and produces better Hausdorff peak signal-to-noise ratio (PSNR) for the shortest distance point cloud image.     

Modified torsion coefficients for a 3-D brick Cosserat point element

A simple deformation field associated with an exact torsion-like solution of the equilibrium equations of linear elasticity is shown to provide a good approximation of the deformation field in interior elements of a mesh that models pure torsion of a right cylindrical bar with rectangular cross-section. Using this solution, modified torsion coefficients are proposed for a 3-D brick Cosserat point element (CPE) which are shown to improve convergence properties for solutions of pure torsion.     

A method for 3-D hydraulic fracturing simulation

We present a method for the simulation of 3-D hydraulic fracturing in fully saturated porous media. The discrete fracture(s) is driven by the fluid pressure. A cohesive fracture model is adopted where the fracture follows the face of the elements around the fracture tip which is closest to the normal direction of the maximum principal stress at the fracture tip. No predetermined fracture path is needed. This requires continuous updating of the mesh around the crack tip to take into account the evolving geometry. The updating of the mesh is obtained by means of an efficient mesh generator based on Delaunay tessellation. The governing equations are written in the framework of porous media mechanics theory and are solved numerically in a fully coupled manner. An examples dealing with a concrete dam is shown.     

带式输送机功率计算方法及其工程应用问题的研究

 通过CEMA带式输送机功率和张力计算方法与德国标准DIN22101计算方法的比较分析,明确了CEMA方法的特点,以Visual Basic 6.0为开发工具开发了CEMA计算方法的带式输送机功率张力计算软件,通过实例和工程应用验证了软件的正确性．通过研究CEMA算法中弯曲阻力系数 K_y 和DIN22101标准中模拟摩擦系数 f 的关系,得出CEMA算法主要阻力的规律;给出了设定模拟摩擦系数修正功能,采用温度校正系数的修正技巧使软件能够按输入的模拟摩擦系数进行功率和张力计算,扩展了软件的功能．针对应用DIN22101标准时没有与温度相关的修正方法,利用CEMA算法得出模拟摩擦系数在低温情况下的修正值．     

PET/CT图像融合精度测试体模与测试方法研究

通过自主研制的体模,测试PET/CT图像融合精度,并验证体模的可行性和有效性。采集PET/CT融合图像数据,利用IDL和Matlab软件测量圆柱棒及试管在PET、CT图像中的坐标值,两坐标值的差值即为图像融合精度。自制体模通过模拟热区和冷区,可以准确、快速地测量PET/CT图像融合精度,该体模可对日常质量控制项目的体模进行测试。