三维表面重建中点云配准算法研究

发布时间：2021-10-29 20:27

　　物体的三维表面重建是一个重要的研究方向,前景开阔。因为光的直线传播等因素的影响。需要从不同角度获取物体表面的三维点云数据,用以构建完整的物体表面的三维模型。所以,三维配准是三维重建过程中的重要一步,它与三维重建的精度有密切关系。至今,在配准中应用的最广泛的算法为迭代最近点算法（ICP）,该算法取得最优解的方式是通过迭代完成的。本文主要解决实际实验中存在的两个问题,问题一是针对具体实验环境中大量存在的带有大尺度延伸和噪声点存在时的三维点云数据的配准问题,提出新的迭代最近点算法,在数据点各向同性延伸的情况下,通过在创建的最小化误差函数上增加加权函数的方法,构成迭代重新加权最小二乘法。在计算方面,加权函数相当于对点对进行加权,但是权重是通过M-估计准则获取的。并将其与其他的改进算法进行对比,得出在一般情况下,本文的改进算法精度更高的实验结论。问题二是针对点云数据量较大的情况,该算法的改进点是从提升算法的效率着手的,将KD树和外推法结合ICP算法来实现加速配准。此算法在点云数据量越大的情况下,优势越明显,采用ICP算法的运行时间是本文改进算法运行时间的26倍,经过实验验证该算法可以提升速度,增... 

【文章来源】：西南交通大学四川省 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：57 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

三维特征识别的研究路线

第 2 章 三维数据配准原理些年来，数据匹配过程可以看做两个点集在位置和强度空间层面上的配准，更是在计算机视觉中的广泛应用前景中日益显现。数据集不仅可以是图像，其他测量数据，因此还可以扩展到机械加工领域，所以有重要的研究意义。数据配准理论基础1 变换矩阵换矩阵可以拆分成旋转矩阵和平移向量两个部分，在一个标准的笛卡尔三维三个基础的旋转矩阵被定义。所有的旋转矩阵均正交且行列式等于 1。从两个的靶点云和目标点云之间是由变换矩阵 H 来确定的。如图 2-1[48]：

取算法来处理初始实验数据，优化初始实验数据，精确配准用到符合要求。 Spin Image 的初始配准算法 Spin Image 的初始配准算法age[50,51]是 Johnson 研究的关于特征描述子的图像，在三维场景中多应用。该算法统计的是在特征点局部圆柱坐标系下的邻域点 2D 。如图 3-1 所示，圆柱坐标系由特征点 p 的法向量以及切平面构成域点 q 在圆柱坐标系下的坐标分布形成一个 2D 的 points 分布图，Image。离散的过程会通过双线性插值的方式平滑每个点。模型上如图 3-1[52]所示：

【参考文献】：
期刊论文
[1]基于偏最小二乘的SIFT误匹配校正方法[J]. 延伟东,田铮,温金环,潘璐璐.  计算机应用. 2012(05)
[2]扫描点云的一种自动配准方法[J]. 薛耀红,梁学章,马婷,梁英,车翔玖.  计算机辅助设计与图形学学报. 2011(02)
[3]基于标志点的多视三维数据自动拼接方法[J]. 梁云波,邓文怡,娄小平,吕乃光.  北京信息科技大学学报(自然科学版). 2010(01)
[4]借助标志点的深度数据全局匹配方法[J]. 刘晓利,彭翔,殷永凯,李阿蒙,赵晓波.  光学学报. 2009(04)
[5]一种基于匹配强度的特征点匹配消除歧义算法[J]. 李志,王琰,杨大为.  沈阳理工大学学报. 2008(05)
[6]ICP算法在点云配准中的应用[J]. 戴静兰,陈志杨,叶修梓.  中国图象图形学报. 2007(03)
[7]基于标记点的多帧透视图像三维重建算法[J]. 张维中,张丽艳,张辉,周玲,王小平.  中国机械工程. 2006(16)
[8]散乱点云数据配准算法[J]. 朱延娟,周来水,张丽艳.  计算机辅助设计与图形学学报. 2006(04)
[9]测量点云数据的多视拼合技术研究[J]. 吴敏,周来水,王占东,安鲁陵.  南京航空航天大学学报. 2003(05)

博士论文
[1]三维点云配准技术研究[D]. 熊风光.中北大学 2018
[2]点云数据配准及曲面细分技术研究[D]. 薛耀红.吉林大学 2010

硕士论文
[1]激光三维扫描点云数据的配准研究[D]. 彭博.天津大学 2011
[2]三维重建过程中的点云数据配准算法的研究[D]. 袁亮.西安电子科技大学 2010
[3]三维点云数据拼接与精简技术的研究[D]. 徐尚.中国海洋大学 2009



本文编号：3465340