基于配准残差分布函数点对定权的ICP算法研究

发布时间：2021-06-06 10:04

　　针对传统ICP配准算法无法抵抗常规粗差点对配准精度的影响问题,研究了基于配准残差分布函数点对定权的改进ICP配准算法,推导了基于配准残差分布函数的点对残差权重值计算公式,在此基础上采用幂法解算单位四元数,最终在速度和精度2个方面完成对原始ICP配准算法的优化。采用C⁺⁺编程语言将改进的ICP点云配准算法程序化,利用Rigel LMS-Z420i三维激光扫描仪对某雕像进行扫描,通过自编程序对含有常规粗差点的点云数据进行配准实验,将基于点对权重的改进ICP算法与标准ICP算法进行比较,结果表明基于点对权重的改进ICP算法能够有效处理配准数据中存在粗差点的情况,是一种比较精确的抗差配准算法,可对现存配准算法进行有效补充。 

【文章来源】：地理空间信息. 2020,18(06)

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

传统ICP算法和改进ICP算法的对比结果

分析图3可知，传统ICP算法的配准结果在3个视场角度的雕像基座边缘处都存在明显的错开现象，即左右两幅点云在雕像基座部位没有很好地拼接到一起，而雕像基座上部的人物部位拼接吻合度良好且2种算法效果基本保持一致，说明在雕像基座前部加入的粗差点对传统ICP算法的解算产生了干扰，并且主要影响区域为存在粗差的雕像基座部位。观察基于点云权重的改进ICP算法在3个视场角度的配准结果，可以发现左右雕像点云都很好地拼接到一起，基座部位拼接的吻合度良好且没有出现明显的错位现象，说明基于点云权重的改进ICP算法有效抵御了粗差点对配准结果的干扰，2种算法每次迭代时的均方误差和计算性能分别如图4、表1所示。由图4可知，基于点云权重的改进ICP算法迭代计算的收敛速度总体上快于传统ICP算法，具有更快的收敛效率。由表1可知，基于点云权重的改进ICP算法迭代10次虽然远少于传统ICP算法的19次，但是计算耗时却要多于传统ICP算法，分析其原因是基于点云权重的改进ICP算法在每一步常规ICP迭代计算中都要进行一次选权迭代计算，增加了算法的时间和空间的复杂度，因此计算耗时有所增加，但改进的ICP算法的配准结果的均方根误差要远小于传统算法，其计算精度更高。

由于常规粗差点产生的原因很多，其规律很难把握，因此很难在实际的点云数据中提前对其准确定位，为了验证本文算法对常规粗差点的影响，在实验数据中人为在经过公共点提取后的右视雕像基座的正前方增加450个粗差点（见图2），以确保粗差点都在配准的公共区域内部，具体做法是先对该部位求取拟合平面，再根据拟合平面点云厚度的3倍值作为粗差值加入到该区域。图2 加入粗差的右视公共点云

【参考文献】：
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本文编号：3214155