基于优化特征约束的文物碎片虚拟匹配方法研究

发布时间：2023-01-12 13:25

　　陶质文物是社会文明与发展的重要历史见证,陶质文物一般用陶土制作,受自然环境和人为破坏因素的影响,发掘出土时大多数已支离破碎,表面特征模糊。作为陶质文物的典范,兵马俑也面临着同样的问题,被发掘时破损严重,碎片数量巨大,且杂乱无章,这给修复工作带来了很大的挑战。由于已有的碎片匹配和孔洞修复方法对几何特征的完整性要求较高,且存在特征单一、误差大以及效率低等弊端,因此对破损兵马俑的修复效果不够理想。针对兵马俑碎片三维数据模型的数据量大、数据点分布不均匀以及噪声含量高等问题,本文主要研究文物虚拟复原中的碎片断裂面匹配和孔洞修复等关键技术,具体研究工作如下:（1）提出一种基于GH-LS3D和模拟退火ICP的碎片匹配方法首先采用GH-LS3D算法将碎片断裂面进行粗匹配,然后采用基于尺度因子和模拟退火系数的ICP算法实现断裂面的精确匹配,从而实现文物碎片的匹配。通过将该匹配方法应用于bunny和dragon公共数据集以及兵俑和马俑文物数据集进行验证,结果表明该方法可以有效提高数据量大、分辨率差异较大点云数据模型的匹配精度,实现文物碎片匹配。（2）提出一种基于区域分割的碎片匹配方法首先提取碎片断裂面上的... 

【文章页数】：127 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 研究背景及意义
        1.1.1 研究背景
        1.1.2 研究意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 点云配准研究现状
        1.2.2 匹配研究现状
        1.2.3 孔洞修复研究现状
    1.3 研究内容与主要创新点
        1.3.1 研究内容
        1.3.2 主要创新点
    1.4 论文结构安排
第二章 文物数据模型预处理
    2.1 引言
    2.2 特征直方图计算
        2.2.1 特征点距离
        2.2.2 法向量偏角
        2.2.3 点云密度
    2.3 相关性计算
    2.4 基于盒子分割的点云配准
    2.5 本章算法描述
    2.6 实验结果与分析
        2.6.1 公共点云配准
        2.6.2 文物碎片配准
    2.7 本章小结
第三章 基于GH-LS3D和模拟退火ICP的碎片匹配
    3.1 引言
    3.2 基于GH-LS3D粗匹配
    3.3 基于模拟退火ICP的精匹配
        3.3.1 ICP算法
        3.3.2 尺度因子和模拟退火参数
    3.4 本章算法描述
    3.5 实验结果与分析
        3.5.1 公共点云数据配准
        3.5.2 文物碎片匹配
    3.6 本章小结
第四章 基于区域分割的碎片匹配
    4.1 引言
    4.2 凹凸特征点提取
    4.3 特征点区域分割
    4.4 基于SVD的区域匹配
        4.4.1 SVD分解定理
        4.4.2 区域匹配
    4.5 本章算法描述
    4.6 实验与结果分析
        4.6.1 公共点云配准
        4.6.2 文物断裂面匹配
    4.7 本章小结
第五章 基于扩展PFH特征的碎片匹配
    5.1 引言
    5.2 特征点检测
    5.3 EPFH特征提取
        5.3.1 PFH特征
        5.3.2 局部坐标系构建
        5.3.3 构建EPFH特征描述子
        5.3.4 特征描述子降维
    5.4 本章算法描述
        5.4.1 基于SAC-IA的粗匹配
        5.4.2 基于k-d树的精匹配
    5.5 实验结果与分析
    5.6 本章小结
第六章 基于特征线细分的径向基函数文物孔洞修复
    6.1 引言
    6.2 孔洞边界提取和预处理
        6.2.1 孔洞边界提取
        6.2.2 孔洞边界预处理
    6.3 基于径向基函数的隐式曲面构造
        6.3.1 隐式曲面的含义及方程
        6.3.2 隐式曲面约束点的采集
        6.3.3 径向基函数插值隐式曲面的求解
    6.4 特征线细分孔洞区域
    6.5 调整新增三角形顶点置隐式曲面
    6.6 本章算法描述
    6.7 实验结果与分析
        6.7.1 公共数据模型修复
        6.7.2 文物模型修复
    6.8 本章小结
第七章 结论与展望
    7.1 研究结论
    7.2 研究展望
参考文献
攻读博士学位期间取得的科研成果
致谢
作者简介


【参考文献】：
期刊论文
[1]基于断裂面特征点匹配的文物碎片重组方法[J]. 胡佳贝,周蓬勃,耿国华,张勇杰,杨稳,陆正杰.  光学学报. 2019(09)
[2]Dirichlet混合样本的EM算法与动态聚类算法比较[J]. 夏棒,EMILION Richard,王惠文.  北京航空航天大学学报. 2019(09)
[3]尺度可变的快速全局点云配准方法[J]. 张琮毅,魏子庄,徐昊文,陈毅松,汪国平.  计算机学报. 2019(09)
[4]基于B-SHOT特征和3D-NDT的点云自动配准[J]. 王鹏,李少达,赵雪.  地理空间信息. 2018(12)
[5]几何刚性和法向量采样一致性的点云配准算法[J]. 张谦,李梦瑶,成晓强.  测绘科学. 2019(01)
[6]形状约束的样本填充式三维模型修复[J]. 耿国华,余凡,杨稳,刘晓宁.  光学精密工程. 2018(11)
[7]基于特征提取的点云自动配准优化研究[J]. 杨高朝.  计算机工程与应用. 2018(16)
[8]结合插值细分和径向基函数的3维扫描数据孔洞修补[J]. 潘翔,焦吾振,郑河荣,张三元.  中国图象图形学报. 2018(04)
[9]基于曲率特征的漂移配准方法[J]. 石珣,任洁,任小康,任进军,袁芝丰.  激光与光电子学进展. 2018(08)
[10]基于轮廓曲线和特征区域的秦俑碎块匹配算法[J]. 赵夫群,周明全,耿国华.  北京理工大学学报. 2018(03)

博士论文
[1]基于断裂面匹配的破碎刚体复原研究[D]. 李群辉.西北大学 2013
[2]三维复杂形状拼接与破碎物体复原技术研究[D]. 周术诚.西北大学 2007

硕士论文
[1]低重叠率点云配准技术研究[D]. 邵红旭.哈尔滨工程大学 2018
[2]散乱点云边界提取及孔洞修复算法研究[D]. 晏海平.南昌大学 2014
[3]非薄壁文物碎片拼接中的断裂面提取与匹配技术研究[D]. 孟秋晴.西北大学 2013
[4]逆向工程模型重构关键技术及应用[D]. 曹晓兴.郑州大学 2012
[5]破碎刚体互补形状匹配与拼接方法研究[D]. 樊少荣.西北大学 2005



本文编号：3729986