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基于结构光扫描仪的数据配准关键技术研究

作　者: 刘晓烈
导　师: 张维忠
学　校: 青岛大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 粗配准标记点精确配准 k-d树 PERANSAC算法
分类号: TP274
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

逆向工程技术是进行产品设计,研究和创新的一项先进技术。从获取的三维点云数据出发,对三维点云数据进行处理是逆向工程领域中的关键技术之一,其中点云数据配准技术是数据处理中的重要组成部分,配准的精度直接决定着三维重建效果。本文对逆向工程技术中,三维点云数据的配准技术作了深入研究,重要过程主要涉及粗配准和精确配准。本文提出了一种基于标记点的快速点云数据配准技术,包括粗配准和精确配准。测量物体之前,在物体表面上粘贴标记点,利用结构光三维扫描仪对物体进行测量,得到递增式标记点和密集点云三维数据。采用递增式点云数据配准的优点是不要求新测量所得的标记点与前一次之间至少存在3组或3组以上的匹配点对,而是要求与之前所有的测量中所得的标记点存在3组或3组以上的匹配点对即可,此种方法增加了系统测量的灵活性。采用基于标记点的方法估计出坐标变换参数。首先利用基于定位基准点自适应算法查找至少3对对应点,然后采用四元数法估计变换参数,本文研究并实现了基于标记点的粗配准算法,并用实例进行了实验和验证。精确配准中,提出一种改进的ICP算法,将粗配准的结果作为精配准的初值,利用k-d树搜索算法确定初始的对应点,然后采用基于预检验的随机抽样一致性算法剔除误匹配点。通过实验证明,该方法在查找初始对应点时大大提高了计算效率,最后的配准精度也有所提高。

全文目录

摘要  2-3
Abstract  3-6
第一章绪论  6-11
  1.1 课题背景及研究意义  6
  1.2 逆向工程技术概述  6-8
  1.3 国内外研究现状  8-9
    1.3.1 配准技术的发展及趋势  8
    1.3.2 数据配准技术的研究现状  8-9
  1.4 本课题的主要研究内容和章节安排  9-11
第二章点云数据获取及配准方法  11-22
  2.1 引言  11
  2.2 点云数据的获取  11-13
    2.2.1 三维扫描仪简介  12
    2.2.2 结构光三维扫描仪原理  12-13
  2.3 三维坐标变换以及配准原理  13-16
    2.3.1 三维坐标变换  13-14
    2.3.2 配准原理  14-16
  2.4 配准方法  16-20
    2.4.1 粗配准方法  16-18
    2.4.2 精确配准方法  18-20
  2.5 配准实例说明  20-21
  2.6 本章小结  21-22
第三章基于标记点的点云数据粗配准技术  22-32
  3.1 基于定位基准点自适应算法  22-25
    3.1.1 同构子集的定义  22-23
    3.1.2 最大同构子集的分析证明  23-25
  3.2 基于标记点的粗配准方法  25-29
    3.2.1 标记点的匹配查找  25-26
    3.2.2 变换参数的求解  26-28
    3.2.3 配准误差的定义  28-29
  3.3 检测实例分析  29-31
  3.4 本章小结  31-32
第四章点云数据精确配准技术  32-49
  4.1 引言  32
  4.2 ICP精确配准算法  32-38
    4.2.1 ICP算法简介  32-37
    4.2.2 ICP配准算法分析  37-38
  4.3 RANSAC算法  38-41
    4.3.1 RANSAC算法简介  38-39
    4.3.2 RANSAC算法在配准中的应用  39-41
  4.4 改进的ICP算法实现精确配准  41-44
    4.4.1 初始对应点对的确定  41-42
    4.4.2 去除错误对应点对  42-43
    4.4.3 SVD算法估计模型参数  43-44
  4.5 检测实例分析  44-48
  4.6 本章小结  48-49
第五章总结与展望  49-51
  5.1 全文工作总结  49
  5.2 未来工作展望  49-51
参考文献  51-55
攻读学位期间的研究成果  55-56
致谢  56-57

基于结构光扫描仪的数据配准关键技术研究

内容摘要

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