三维激光点云分块配准方法研究

发布时间：2017-06-13 13:15

  本文关键词：三维激光点云分块配准方法研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：三维激光扫描技术近年来得到了迅速的发展,具有扫描速度快、信息丰富、高密度、高精度等诸多优点,在测绘等行业得到了广泛应用。而提高三维激光扫描点云数据的配准精度一直是该项技术中的难点和热点研究问题。有关点云配准方面的算法较多,相关学者从不同角度对地面三维激光扫描数据配准方法进行了深入研究,提高了点云配准的精度和效率,推动了三维激光扫描技术在多个领域的有效应用。本文介绍了三维激光扫描技术的主要原理、点云配准的基本思想和常用算法,总结、分析了几种常用的粗配准和精配准方法,探讨了初始值的确定方法,以便为后续两站重叠区域点云裁剪提供良好条件；经过实验确定了所使用的地面三维激光扫描仪采集点云数据的相对精度,以中科院遥感所大楼、高昌故城遗址、北庭故城遗址为实验区,从站点布设、参数设置、工作时间等三个方面制定了合理的扫描方案,完成了实验区高精度、高密度的三维点云数据和高分辨率影像采集工作。探索采用分块配准方法,将相邻站点重叠区域点云按不同比例分块裁剪后进行配准,利用配准完成的各个实验区域点云数据和影像信息,在Riscan pro点云处理软件中完成了点云的赋色和建筑物三维建模。本文的主要研究内容与创新性成果如下：1.通过实验分析并获得了所使用的地面三维激光扫描仪的相对精度,即在72"角度分辨率下,距扫描中心100m左右距离点云的精度误差在5mm以内,为后续点云配准方法研究工作提供了基础数据。2.在粗配准的基础上,研究、制定了两种不同的裁剪方案,并以原始重叠区域点云为参照进行了不同比例重叠区域点云的精配准,分析得到了精配准的误差、最佳分块及裁剪尺寸。3.采用本文分块配准方法完成了实验区域所有站点点云数据的精配准,实验表明该方法能够提高配准效率,其配准误差符合随机误差分布规律,精度和视觉效果均满足相关要求。完成了实验区点云赋色和三维建模工作,实验验证本文所提出的分块配准方法的可靠性和实用性。
【关键词】：三维激光扫描技术 点云数据 配准 分块 精度
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：P225.2
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第1章 绪论11-17
• 1.1 研究背景与研究意义11-12
• 1.1.1 研究背景11-12
• 1.1.2 研究意义12
• 1.2 国内外研究现状12-13
• 1.3 研究目标与研究内容13-14
• 1.3.1 研究目标14
• 1.3.2 研究内容14
• 1.4 技术路线设计14-15
• 1.5 论文组织结构15-17
• 第2章 研究方法与原理17-23
• 2.1 点云配准的基本原理17-19
• 2.1.1 粗配准思想17-19
• 2.1.2 精配准思想19
• 2.2 配准常用算法19-21
• 2.2.1 基于特征点的改进ICP算法20
• 2.2.2 基于平面距离函数的改进ICP算法20-21
• 2.3 点云赋色原理与方法21
• 2.4 三维建模方法21-22
• 2.5 小结22-23
• 第3章 实验区概况与分块配准方法23-30
• 3.1 实验区概括23-24
• 3.1.1 遥感所大楼23
• 3.1.2 高昌故城遗址23
• 3.1.3 北庭故城遗址23-24
• 3.2 数据获取24-28
• 3.2.1 地面三维激光扫描仪24-25
• 3.2.2 数据采集25-28
• 3.3 配准方法28-29
• 3.3.1 Riscan pro精配准工作原理28
• 3.3.2 分块精配准28-29
• 3.4 小结29-30
• 第4章 点云分块配准实验与分析30-45
• 4.1 数据预处理30-33
• 4.1.1 除噪30-31
• 4.1.2 粗配准31-33
• 4.2 分析重叠区域33-34
• 4.3 裁剪重叠区域点云34-36
• 4.3.1 裁剪方案34
• 4.3.2 裁剪效果34-36
• 4.4 精配准过程与结果分析36-43
• 4.4.1 遥感所大楼点云数据精配准37-39
• 4.4.2 高昌故城遗址点云数据精配准39-41
• 4.4.3 北庭故城遗址点云数据精配准41-43
• 4.5 小结43-45
• 第5章 点云赋色和三维模型实验与分析45-56
• 5.1 分块配准点云效果展示45-48
• 5.1.1 两站数据精配准效果45-46
• 5.1.2 整体点云数据精配准效果46-48
• 5.2 建立三维模型48-52
• 5.2.1 各站点云赋色48-51
• 5.2.2 三维建模51-52
• 5.3 三维模型效果展示52-53
• 5.3.1 遥感所大楼三维模型52-53
• 5.3.2 高昌故城遗址和北庭故城遗址三维模型53
• 5.4 三维模型效果影响因素53-55
• 5.4.1 扫描方案的影响53-54
• 5.4.2 点云数据预处理的影响54
• 5.4.3 点云精配准的影响54-55
• 5.5 小结55-56
• 结论与展望56-58
• 结论56-57
• 展望57-58
• 致谢58-59
• 参考文献59-65
• 攻读硕士学位期间发表的论文65

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本文编号：446651