基于机械臂辅助的多视角三维点云拼接算法

针对如何快速且准确地获取模具内部完整三维点云数据的问题，提出一种机械臂与三维视觉设备结合的三维点云拼接算法。在初拼接阶段，采用手眼标定方式获取手眼矩阵，并将各幅点云转换到机器人基坐标系，完成初步拼接，得到良好的配准初始位置。在此基础上，提出改进的迭代最近点（ICP）算法，通过结合内部形体描述子（ISS）特征获得关键点，并用随机一致性算法剔除错误匹配点，在点的匹配过程中采用点到面的方式进行匹配，最终得到完整的拼接点云。实验结果表明，所提算法在与ICP算法及其他改进的ICP算法的配准性能对比中具有良好的稳健性，算法耗时及配准误差明显下降，完整的拼接点云误差为0.12 mm，具有较高的工程实践价值。     

双目下点云的三维人脸重建

提出一种在双目视觉系统下进行人脸重建的方法。首先,通过双目系统拍摄人脸的左右图像;其次,用Grab-Cut的方法的把人脸图像分割出来从而降低立体匹配的搜索范围;然后,用区域匹配算法得到人脸的视差图,从而得到人脸的三维点云;最后对不同角度的人脸图像进行SIFT特征提取和匹配。将提取的SIFT特征点和匹配关系反射到三维点云数据,获取不同角度人脸的三维点云数据的特征点和匹配关系,完成对不同角度的人脸进行粗配准。     

基于面阵三维成像激光雷达的目标点云分割技术

针对偏振三维成像系统的高效目标三维点云分割问题,提出一种多维信息融合的高效分割理念。系统采用高分辨率EMCCD相机作为面阵探测器,在一次成像过程中,可同时获得视场中的灰度图像以及三维点云数据。根据该成像特点,建立灰度图的像素坐标与点云数据像素坐标之间的点对点映射关系,结合粒子群优化算法的边缘分割方法,将灰度图中目标分割后的坐标信息映射到三维点云数据中,得到其三维点云数据。该方法将三维点云数据降维处理为二维图像处理,显著降低了计算复杂度,避免了点云数据误差对分割精度造成的影响。实验验证了多维数据融合目标三维点云分割方法的有效性。     

激光点云与密集匹配点云联合测量方法研究

针对地面激光扫描仪在进行作业时，有时因遮挡视线而无法采集数据的问题，设计了一种利用改进的采样一致性初始配准(Sample Consensus Initial Aligment, SAC-IA)算法在异源多视角点云中进行联合测量的方法。将三维激光扫描仪从地面视角采集的点云和倾斜摄影测量从空中视角获取的影像密集匹配点云，使用改进的采样一致性初始配准(SAC-IA)算法进行配准融合，实现了空中和地面视角的集成，大大减轻遮挡对测绘工作的影响。用某建筑物三维激光扫描得到的点云数据和倾斜摄影得到的密集匹配点云数据进行实验，并对配准融合后得到的点云数据进行了精度验证。实验结果表明，使用本算法配准点云数据时，比现有方法精度上有明显的提升，算法效率提高了57.46%～59.73%。同时，使用本方法配准融合的点云数据其精度小于5 cm,满足测图精度要求。     

基于激光三维点云技术的3D景观建模设计

为提升城市园林等类型景观的建模精度,以激光三维点云为技术基础,设计一种三维景观建模方法。采用激光三维点云立体式非接触测量技术,获取景观表面数据点三维坐标,在一个坐标系内统一化各角度点云数据,将顺序点间的最远距离作为滤波标准,设定超过标准点为固定端点,平滑处理图像点云,采用三角形网格参数化策略,映射三维网格模型至二维平面中,取得特征点纹理坐标,利用调和映射算法求解非约束点的纹理坐标,通过自适应部分调整策略,优化点云数据纹理,得到最终的景观模型。试验采集研究区域中一处景观的三维数据,结合景观模型效果与评估指标值得出,所提方法能够有效建立模型,且精准度较高,模型细节信息保存得相对完整。     

基于海量点云数据的输电线路三维建模研究

为保障电网输电线路管理的规范化与精益化，设计了基于海量点云数据的输电线路三维建模方法。首先采集输电线路原始点云数据，对其进行预处理，根据点云数据提取输电线路轮廓线，然后采用3D MAX软件构建输电线路的完整三维几何模型，最后通过纹理映射此模型获取到最终输电线路三维模型。结果表明，该方法可精准拼接原始点云数据，有效去除点云数据的噪声点及障碍物等，提升点云数据的整体质量，可为电网输电线路规范化管理提供有效帮助。     

基于三维激光点云数据的建筑景观可视化建模

现有的建模方法已无法满足实际应用需求,为此,以三维激光点云数据为技术支持,设计出一种建筑景观可视化建模策略.分析三维激光扫描技术与坐标解算后,联立建筑景观影像坐标与点云间映射关系,经配准采集到的点云数据,采用引入拉普拉斯算子的噪声滤除算法、kd-tree以及引入凸包概念的边界线提取算法,完成建筑景观点云数据去噪、分割以...     

基于压缩感知的三维人体点云的压缩及重建

经过激光扫描得到的三维人体点云数据量庞大,给模型的存储和传输带来困难,影响了其在体域网中的应用。针对这一问题,将压缩感知理论应用于人体点云模型的压缩与重建中。在压缩之前使用改进的三维栅格法做点云精简,针对人体点云的特点对数据进行分块稀疏变换,利用正交匹配追踪算法重建原始模型。最终实验重建误差约为 ,证实了该算法的有效性和可行性。     

基于图像分割的点云去噪方法

在基于结构光条纹投影的三维形貌测量中，由于环境等各种因素的影响会产生各种噪声。在现有的点云去噪方法中，通过分析三维空间和点云的几何关系进行点云噪声的去除存在计算复杂、效率低等问题。为了提高点云精度和点云去噪的速度，提出了一种基于图像分割的点云去噪方法。首先，根据结构光条纹投影重构的三维点云建立二维点云映射图像；其次，利用图像阈值分割方法和区域生长方法对二维点云映射图像进行图像分割；然后，对分割出的噪声区域进行记录并去除；最后，对新的二维点云映射图像重新进行三维重建得出去除噪声的点云。实验结果表明，经过该方法处理后点云精度可以达到99.974%，去噪时间为0.954 s。所提方法可以有效去除点云噪声，避免在三维空间进行复杂的计算。     

一种针对大规模场景的点云匹配算法

针对大规模点云匹配时传统算法速度慢和匹配结果不一致的问题,提出一种新的点云匹配方法。该方法首先利用KD树找到点云中深度最小的点并以该点作为种子点,然后通过在深度信息和曲率两个方面做以改进的区域生长分割算法提取出点云上表面区域,并在该区域提取点云边界。最后使用改进的点对特征完成点云匹配算法验证。实验结果表明,相比传统算法,该方法在匹配速度以及匹配结果的一致性方面得到了显著的提升,在处理大规模点云匹配上具有实际应用价值。     

基于3DSIFT和BSHOT特征的点云配准方法

针对点云配准过程中易产生错误匹配点、配准时间长、配准精度低等问题.提出了基于三维尺度不变特征变换(3 DSIFT)关键点检测方法,结合二进制方向直方图描述子(BSHOT)构建点云匹配对的配准方法.该方法首先利用差分高斯模型在三维尺度空间上检测SIFT关键点,其次在关键点的邻域构建局部坐标系来计算SHOT描述子,并将SH...     

基于标签定位的手持光刀测量点云拼接研究

基于手持光刀法三维测量具有精度高、速度快的优势,针对此法需多次测量获得完整物基金项目:国家自然科学基金项目(No.51405510)资助。体点云数据,提出基于3标签点云拼接算法,分析了3特征点转换算法的数学原理,采用棋盘格标签精确获取了相邻测量的共同特征点,推导了转换矩阵计算方法,提出了拼接精度的检验方法,最后基于标准球和标准平面,检验了算法的应用测量精度。     

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...     

增量式SFM中特征点检测与匹配方法的改进

图像特征点的提取与匹配是增量式SFM重建系统中至关重要的一步。为了提高匹配的准确率以及有效匹配点对的数量,提出了一种改进方法:首先在多尺度空间中利用自适应阈值的FAST角点检测算法获取特征点;然后计算特征点与其多个环形邻域之间的灰度对比信息,再与采样区域的局部梯度信息融合得到特征点描述子;接着利用曼哈顿距离与切比雪夫距离的线性组合代替欧氏距离完成特征点的稀疏匹配;最后利用稀疏匹配结果作为种子点对进行同步生长,在多约束条件下得到最终的稠密匹配结果。在Oxford数据集上的实验证明了改进的稀疏匹配算法的准确率与有效匹配点对数量都高于SIFT算法,在增量式SFM系统中的实验证明了稀疏匹配与稠密匹配的组合算法可以获得更好的重建效果。     

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。     

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。     

三维点云中关键点的配准与优化算法

传统三维(3D)点云配准过程中存在配准误差高、计算量大及耗时长等问题,针对该问题,提出了一种3D点云中关键点的配准与优化算法。在关键点选取阶段,用边缘点检测算法剔除边缘关键点,以提高关键点特征描述的全面性和重复性,降低3D点云配准误差。在3D点云配准阶段,用K-维树(KD-tree)加速的最近邻算法和迭代最近点算法剔除粗配准结果中的误配准关键点,降低配准误差,提高3D点云配准的速度与精度。实验结果表明,本算法在不同点云数据下,均能获得良好的配准结果。与传统3D点云配准算法相比,本算法的平均配准速率提高了68.725%,平均配准精度提高了49.65%。     

基于ISS-3DSC的NDT三维点云配准算法研究

工件形貌的三维扫描需求在车间自动化装备中越来越多,其中点云配准作为三维数据处理的重要步骤。现有三维点云配准存在特征点对误配、配准时间长、配准精度差等问题,提出了一种基于内部形状描述子-三维形状上下文特征(ISS-3DSC)的NDT三维点云配准算法。首先通过内部形状描述子(ISS)算法提取三维点云关键点,提高配准效率;然后结合三维形状上下文特征(3DSC)进行关键点的特征描述,并根据特征点对中值距离法剔除错误点对,采用SVD分解计算初始变换矩阵;最后使用NDT算法完成精配准。测试实验结果表明：算法在鞋面、鞋底点云数据配准时的精度可达到0.025 cm,相比传统SAC-IA+NDT算法配准效率提升明显,具有一定的工程应用价值。     

基于标志点的多视点云优化拼接方法

针对基于标志点序列扫描点云拼接过程中出现的累积误差问题,提出一种利用光束法平差方法计算最优全局点位的拼接优化算法。该方法以扫描特征点在全局坐标系下的位置为初始值,以反投映残差最小化为目的,构建优化代价函数,通过迭代的方法计算特征点的全局最优点位,最后以该最优点位为基准,对序列点云进行空间位置调整。实际测量结果表明,该方法可以明显减少拼接过程中所产生的累积误差,具有提高拼接精度的作用。     

道路三维点云多特征卷积神经网络语义分割方法

针对道路场景下三维激光点云语义分割精度低的问题,提出了一种基于卷积神经网络并结合几何点云多特征的端到端的语义分割方法。首先,通过球面投影构造出点云距离、相邻夹角及表面曲率等特征图像,以便于应用卷积神经网络;接着,利用卷积神经网络对多特征图像进行语义分割,得到像素级的分割结果。所提方法将传统点云特征融入到卷积神经网络中,提升了语义分割效果。使用KITTI点云数据集进行测试,结果表明:所提三维点云多特征卷积神经网络语义分割方法的效果优于SqueezeSeg V2等没有结合点云特征的语义分割方法;与SqueezeSeg V2网络相比,所提方法对车辆、自行车和行人分割的精确率分别提高了0.3、21.4、14.5个百分点。