基于牙颌模型的散乱点云配准技术研究

在牙齿三维矫正中需要对牙齿进行排列,常用方法是通过人机交互完成,效率不高。提出了一种基于粒子群的自动化排牙方法,将每颗牙齿上的特征点到标准牙弓曲线的距离和作为目标函数,利用粒子群算法对解空间进行搜索,在搜索过程中加入约束条件,得到牙齿移动的最终位置。利用算法对牙齿进行排列,可以省去人机交互中的平移等操作。实验结果表明：该算法能够有效地用于牙齿三维矫正中,提高了排牙效率。     

邻域特征在点云配准中的应用

针对大规模散乱点云的配准,提出一种基于邻域特征的配准方法,该方法由初始配准和精确配准组成。首先,对目标点集进行加权处理,以此来有效减少匹配点对的数量;其次,在重心距离特征的基础上,增加了一个角度特征量来排除错误点对,并完成初始配准;最后,使用特征改进的迭代最近点(ICP)算法进行精确配准。实验结果表明,该方法初始配准结果良好,二次配准效果更加准确,达到了多视角点云的配准要求。     

三维点云配准方法研究进展

点云是一种3维表示方式,在广泛应用的同时产生了对点云处理的诸多挑战。其中,点云配准是一项非常值得研究的工作。点云配准旨在将多个点云正确配准到同一个坐标系下,形成更完整的点云。点云配准要应对点云非结构化、不均匀和噪声等干扰,要以更短的时间消耗达到更高的精度,时间消耗和精度往往是矛盾的,但在一定程度上优化是有可能的。点云配准广泛应用于3维重建、参数评估、定位和姿态估计等领域,在自动驾驶、机器人和增强现实等新兴应用上也有点云配准技术的参与。为此,研究者开发了多样巧妙的点云配准方法。本文梳理了一些比较有代表性的点云配准方法并进行分类总结,对比相关工作,尽量覆盖点云配准的各种形式,并对一些方法的细节加以分析介绍。将现有方法归纳为非学习方法和基于学习的方法进行分析。非学习方法分为经典方法和基于特征的方法;基于学习的方法分为结合了非学习方法的部分学习方法和直接的端到端学习方法。本文分别介绍了各类方法的典型算法,并对比总结算法特性,展望了点云配准技术的未来研究方向。     

基于ISS特征点和改进描述子的点云配准算法研究

迭代最近点(ICP)配准算法需要两点云处于良好的初始位置,否则在配准时容易陷入局部最优。针对该问题,提出了一种基于内部形状描述子(ISS)特征点与改进描述子的粗配准方法,使得低重叠度或无公共重叠部分的点云获取良好的初始位置。首先,利用ISS特征点提取点云的特征点;其次,基于特征点与其邻域点法向量夹角提出改进的描述子,根据描述子的欧氏距离将点云特征进行匹配;第三,通过单次最优变换进行粗配准;最后,对两点云进行精配准ICP迭代。实验表明,在点云模型完整的情况下,本文方法可为精配准提供良好的初始位置,且粗配准精度比传统点云配准精度高三个量级,配准效率提升23.7%。     

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。     

三维点云ICP算法改进研究

三维激光扫描技术的快速发展,使其在各个领域得到广泛应用.由于物理上的一些限制,一次三维激光扫描不能获取扫描物体的全部数据,因此要对扫描点云进行拼接.首先,对最常用的ICP算法进行一系列研究,ICP算法的前提条件是具有一个良好的配准初值,文中在配准初值的选取上采用主成分分析法,为后续ICP算法的工作提供一个良好前提条件,增加点集预处理,点对查找上增加各种限制,采用kd-tree加速查找,以此对算法进行改进,并通过实例来验证本算法的有效性及合理性.     

逐步求精的多视角点云配准方法

针对多视角点云配准问题,本文设计了一个合理的目标函数,便于将多视角配准问题分解成多个双视角配准问题,并考虑了两个要素：1）各帧点云均具有其他所有点云所未覆盖的区域;2）基准帧点云的重要程度高于其他点云.为了求解该目标函数,本文提出了逐步求精的解决策略：根据给定的配准初值构造初始模型,依次取出基准帧以外的每帧点云,利用所提出的双视角配准算法计算该帧点云的配准参数,并修正模型,以便进一步计算后续点云的配准参数.遍历完全部点云构成一次完整的循环,多次循环后可获得精确的多视角配准结果.公开数据集上的实验结果表明,本文所提出的方法能够精确、可靠地实现多视角点云配准.     

基于K-means++的多视图点云配准技术

针对大规模点集可能存在噪声、离群点及遮挡等情况,提出一种基于K-means+〖KG-*3〗+的多视图点云配准方法。首先,利用K-means+〖KG-*3〗+算法的随机播种技术对下采样后的多视图点集选取初始化的质心,并根据算法的基本原理完成聚类;其次,将点云数据存入K-D树结构,并利用最近邻搜索算法建立点集间的对应关系,从而提升对应点集的搜索效率;最后,通过迭代最近点算法依照扫描顺序计算各视图聚类得到的点云数据与所有视图间的刚性变换参数,将成对配准造成的误差均匀扩散到每个视图中,直至获得最终配准结果。在Stanford三维点云数据集上进行实验的结果表明,本文提出的方法比近年的部分多视图配准算法具有更高的配准精度及鲁棒性。     

基于二次误差的点云配准算法

提出了一种基于二次误差的特征描述子,该特征描述子具有旋转不变性。通过提取点的二次误差和邻域点二次误差得到两种特征描述子。基于高斯混合模型的点云配准算法层出不穷,主要原因是概率模型在噪声和离群值方面具有更好的鲁棒性,然而该类方法对于尺度较大的旋转表现并不好,为此将二次误差特征描述子作为高斯混合模型的局部特征优化了高斯混合模型较大旋转中的配准效果,并提出基于双特征的配准策略优化了单一特征的缺陷。通过实验与鲁棒的ICP(iterative closest point)以及流行的基于特征的配准算法在配准效率和配准精度方面进行对比,效率是鲁棒性ICP的3～4倍。在大尺度的旋转中提出的算法具有良好的鲁棒性并且优于大多数流行的算法。     

曲面重构中点云数据的区域分割研究

在曲面重构中，由于实际的曲面模型往往含有多个曲面几何特征，即由多张曲面组成，如果对使用激光法测量的“点云”数据直接进行拟合，将会造成曲面模型的数学表示和拟合算法处理的难度加大，甚至无法用较简单的数学表达式描述曲面模型，因此针对该问题，提出了一种基于数据点曲率变化的区域分割方法，即先对每一条扫描线上的数据点求取曲率值，然后将其中曲率值变化较大的点提取出来作为边界点，当边界确定后，再将云点数据分割成多个区域，由于每个区域一般具有较简单的几何特征，因此可用简单的数学模型来描述，并可重构单张曲面。该算法不仅原理简单、易于理解和编程，而且能提高曲面模型重构效率。     

基于Kinect的点云配准方法

Kinect采集的点云存在点云数量大、点云位置有误差,直接使用迭代最近点(ICP)算法对点云进行配准时效率低.针对该问题,提出一种基于特征点法向量夹角的改进点云配准算法.首先使用体素栅格对Kinect采集的原始点云进行下采样,精简点云数量,并使用滤波器移除离群点.然后使用SIFT算法提取目标点云与待配准点云公共部分的特...     

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。     

基于点云的转子表面缺陷检测方法

转子缺陷影响鼓风机运转,降低工作性能,为工业生产带来安全隐患。传统人工检测费时费力,检测和标注精度低,且难以进行缺陷精准分类。因此,本文基于机器视觉获取点云数据,对其进行预处理,并对比基于点云配准和基于工件特征的2种缺陷检测方法。实验结果表明,基于工件特征的缺陷检测能得到更精确的缺陷标注和分类效果,并为缺陷检测方法研究工作提供了新的方向。     

基于纹理特征的三维点云数据配准算法研究

使用Kinect可以方便地获取物体的纹理图像和三维点云数据。研究一种通过获取纹理图像的特征点进行快速三维点云数据配准的算法．并最终应用到室内环境的三维场芾重建中。实验表明,此算法具有直观、实现简单、运算量小等优点。     

Break and Splice: A Statistical Method for Non-Rigid Point Cloud Registration

3D object matching and registration on point clouds are widely used in computer vision. However, most existing point cloud registration methods have limitations in handling non-rigid point sets or topology changes (e.g. connections and separations). As a result, critical characteristics such as large inter-frame motions of the point clouds may not be accurately captured. This paper proposes a statistical algorithm for non-rigid point sets registration, addressing the challenge of handling topology changes without the need to estimate correspondence. The algorithm uses a novel Break and Splice framework to treat the non-rigid registration challenges as a reproduction process and a Dirichlet Process Gaussian Mixture Model (DPGMM) to cluster a pair of point sets. Labels are assigned to the source point set with an iterative classification procedure, and the source is registered to the target with the same labels using the Bayesian Coherent Point Drift (BCPD) method. The results demonstrate that the proposed approach achieves lower registration errors and efficiently registers point sets undergoing topology changes and large inter-frame motions. The proposed approach is evaluated on several data sets using various qualitative and quantitative metrics. The results demonstrate that the Break and Splice framework outperforms state-of-the-art methods, achieving an average error reduction of about 60% and a registration time reduction of about 57.8%.     

无人机摄影测量点云道路自适应提取

在无人机摄影测量中, 针对传统的地面点云提取方法对图像点云数据中的道路提取适应性较差的问题, 本文提出了一种无人机摄影测量点云道路自适应提取方法. 首先, 根据点云的空间几何特征将点云划分为3个类别; 然后, 针对非道路的点云类别采取相应的方法进行剔除; 最后, 对经过自适应提取方法得到的点云数据进行滤波平滑和基于颜色的区域生长分割处理. 实验结果表明, 该方法提取的道路点云的I类误差为4.97%, II类误差为1.14%. 该方法能够有效地提取目标道路路面, 提高了无人机摄影测量工程应用中点云数据处理的效率.     

基于局部特征的点云配准算法

针对覆盖率较低的点云,提出一种基于局部特征的点云配准算法。首先提取点云 的局部深度、法线偏角和点云密度等局部特征,得到局部特征描述子;然后计算局部特征集的 相关性,得到相关候选点集;再次通过删减外点达到点云粗配准的目的;最后采用基于旋转角 约束和动态迭代系数的改进迭代最近点(ICP)算法,实现点云的细配准。实验结果表明,基于局 部特征的点云配准算法可以实现覆盖率较低点云的精确配准,是一种精度高、速度快的点云配 准算法。     

二维点轮廓与矢量轮廓配准研究

在平面类零件的光学测量中,二维点轮廓与矢量轮廓的配准是关键算法,配准精度 直接影响测量精度。针对平面类零件的配准问题,提出了基于形状特征函数的粗配准算法和二维 矢量最近点迭代(ICP)精配准算法。利用角度距离图法将矢量图形的几何信息转化为独立于坐标系 的连续函数,进而实现粗配准算法。基于平面上点与曲线的最近距离算法计算配准目标函数,给 出了不同于传统的ICP 算法的直接求解目标函数的解析方法,有效提高了算法效率。利用实例验 证分析了该算法的高效性和可靠性。     

基于改进ICP算法的点云自动配准技术

在零件的型面检测过程中,通常有数据采集、曲面重构、曲面配准和误差求取几个步骤。其中,曲面之间的配准是检测中关键的一环。针对传统的经典ICP(Iterative Closest Point)算法在配准过程中受噪声干扰大、鲁棒性差的缺点,在应用点云主方向贴合的粗略配准基础上,以经典的ICP算法为基础,提出了点云数据的欧氏距离阈值去噪和点云的方向矢量夹角阈值两种方法改进ICP算法,并应用改进算法作为点云之间的精确配准算法。对于经过初始配准的点云数据使用欧氏距离阈值法剔除点云间点对的噪声,并经点云各点间的方向矢量夹角阈值进行对应点采样,提高了传统ICP算法的效率和精度。经飞机和汽车零件点云配准实验验证,本算法的配准误差在±1μm内。算法具有设计简洁,响应快速的特点,有实际工作意义。