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基于邻域特征的点云配准算法研究

作　者: 贺永兴
导　师: 欧新良
学　校: 湖南工业大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 逆向工程点云数据初始配准精确配准
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

随着计算机辅助设计技术的发展，通过实物模型产生数字模型的逆向工程技术获得了越来越广泛的应用。为了得到被测物体的完整数据模型，需要确定一个合适的坐标变换，将从各个视角得到的点集合并到一个统一的坐标系下，形成一片完整的点云数据，然后就可以方便地进行可视化等操作，这个过程就是点云数据的配准。本文对三维数据配准技术进行了深入的研究，提出了基于邻域特征的点云配准方法，该方法的主要创新点如下：首先，提出了在初始配准过程中对目标点集进行加权处理，利用点的高斯曲率和凹凸性特征来选取合适的待匹配点，以此来减少待匹配点的数量，从而降低搜索点对算法的时间复杂度。其次，提出了一种改进的匹配点对选取算法，通过使用基于二分查找和基于k邻域搜索的算法来提高点对选取的速度，然后在欧式距离约束条件的基础上，又增加了角度的约束，以此来排除错误点对，进而提高匹配点对选取的精度。最后，对于点云数据的精确配准，本文首先计算两片点云的重心，通过调整重心距离来改善点云的初始位置，以避免迭代算法陷入局部最优。此外，算法又引入了两个新的邻域特征，以此来准确地排除错误点对，进而达到精确配准的目的。在实验部分，本文对改进的初始配准算法和精确配准算法进行了计算机的实现，其中包括算法的对比实验和多视点云的配准实验。实验结果表明，改进算法的初配准效果良好，二次配准效果更加精确，是一种有效可行的配准算法。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-10
第一章绪论  10-18
  1.1 课题研究的背景和意义  10-11
  1.2 点云配准技术的研究现状  11-16
    1.2.1 点云配准方法的研究现状  12-13
    1.2.2 点云配准算法的研究现状  13-14
    1.2.3 点云配准算法的发展动态  14-16
  1.3 本文的研究目的和成果  16-17
  1.4 论文结构安排  17-18
第二章点云数据的配准算法  18-39
  2.1 点云的概念  18
  2.2 点云配准的定义  18-19
  2.3 点云配准的数学基础  19-30
    2.3.1 刚体变换  19-21
    2.3.2 目标函数  21-22
    2.3.3 目标函数的分析  22-23
    2.3.4 四元数法  23-25
    2.3.5 点邻域的确定  25-29
    2.3.6 配准点对的选取  29-30
  2.4 基于几何特征的点云配准  30-37
    2.4.1 线性最小二乘的数学描述  31-32
    2.4.2 最小二乘拟合  32
    2.4.3 点云法向量的计算  32-34
    2.4.4 点云坐标系的转换  34-35
    2.4.5 高斯曲率、平均曲率的计算  35-36
    2.4.6 基于几何特征的配准点对的选取  36-37
  2.5 基于ICP算法的点云配准  37-38
  2.6 本章小结  38-39
第三章点云配准算法的改进  39-53
  3.1 点云配准算法改进的策略  39-40
  3.2 初始配准算法的改进  40-48
    3.2.1 目标点集的加权处理  40-41
    3.2.2 匹配点对选取速度和精确度的改进  41-47
    3.2.3 实验分析  47-48
  3.3 精确配准算法的改进  48-51
    3.3.1 改进算法分析  48-49
    3.3.2 改进算法流程  49-50
    3.3.3 实验分析  50-51
  3.4 本章小结  51-53
第四章算法实现与实验结果分析  53-59
  4.1 算法的对比实验  53-56
    4.1.1 实验设计  53
    4.1.2 实验结果分析  53-56
  4.2 多视点云的配准实验  56-58
    4.2.1 实验设计  56
    4.2.2 实验结果分析  56-58
  4.3 本章小结  58-59
第五章总结与展望  59-61
  5.1 论文工作总结  59
  5.2 未来工作展望  59-61
参考文献  61-64
攻读学位期间主要的研究成果  64-65
致谢  65

基于邻域特征的点云配准算法研究

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