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全局ICP与改进泊松相结合的三维人脸重建

测绘学报 2023年第3期52卷 454-463页

作者：李皓冉梅天灿高智武汉大学电子信息学院湖北武汉430072 武汉大学遥感信息工程学院湖北武汉430079

为快速精确地实现人脸三维数字化,本文提出一种高精度全流程自动化的稳健三维人脸重建方法。针对基于结构光相机采集到的左右两组人脸点云和RGB图像数据,本文首先提出一种自适应下采样的全局优化ICP配准方法融合左右点云,其次提出基于... 详细信息

为快速精确地实现人脸三维数字化,本文提出一种高精度全流程自动化的稳健三维人脸重建方法。针对基于结构光相机采集到的左右两组人脸点云和RGB图像数据,本文首先提出一种自适应下采样的全局优化ICP配准方法融合左右点云,其次提出基于法向量优化的泊松重建方法来将配准后的点云进行表面重建,生成网格化模型,该泊松重建方法针对非封闭性人脸点云有良好的重建效果和重建精度,然后将RGB图像贴图到网格化模型上,最终重建出了一个带有细节纹理的三维人脸模型。经过大量的人脸重建试验验证,本文方法具有高精度、高稳健性,能够快速、准确且稳定地重建出人脸。

关键词：点云深度信息人脸模型重建点云配准泊松重建点云表面重建

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法向约束的点云数据泊松表面重建算法

测绘地理信息 2022年第4期47卷 51-55页

作者：鲁猛胜姚剑董赛云武汉大学遥感信息工程学院湖北武汉430079

法向信息是点云表面重建的关键属性,而屏蔽泊松重建算法在法向不准确区域未进行针对性约束,导致容易出现过拟合问题。为此提出了一种基于法向约束的泊松算法,通过计算点云的初始和最终法向之间的偏离程度确定点云法向估计的准确度,以此... 详细信息

法向信息是点云表面重建的关键属性,而屏蔽泊松重建算法在法向不准确区域未进行针对性约束,导致容易出现过拟合问题。为此提出了一种基于法向约束的泊松算法,通过计算点云的初始和最终法向之间的偏离程度确定点云法向估计的准确度,以此来进行针对性约束。一方面将法向准确度与屏蔽泊松方程中采样点权重联系起来,在每个分辨率上以获取更为准确的位置约束;另一方面在利用多重网格算法进行自适应求解时,对法向准确度较低的点所在的八叉树节点不进行扩展,以减少伪曲面的生成和内存开销。在多种不同特点的标准数据集上得到的对比实验结果表明,本文算法能更好地平衡过度平滑和过拟合的问题,在整体上提高了重建曲面的准确度,同时也在一定程度上减少了运行时间和内存开销。

关键词：三维点云泊松重建法向约束八叉树

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融合泊松重建的激光语义SLAM系统

计算机工程与设计 2023年第1期44卷 84-91页

作者：曾圣尧张雷徐方杜振军刘明敏中国科学院沈阳自动化研究所机器人学国家重点实验室辽宁沈阳110016 中国科学院机器人与智能制造创新研究院辽宁沈阳110169 中国科学院大学北京100049 沈阳新松机器人自动化股份有限公司辽宁沈阳110168

为在提高SLAM中地图对环境的表示能力的同时保证系统定位的实时性,提出一种室外大场景下的全局点云地图与局部面元地图相结合的语义SLAM系统架构。定位模块的帧间匹配使用基于几何特征提取的方法,点云的语义分割部分使用全卷积网络基于... 详细信息

为在提高SLAM中地图对环境的表示能力的同时保证系统定位的实时性,提出一种室外大场景下的全局点云地图与局部面元地图相结合的语义SLAM系统架构。定位模块的帧间匹配使用基于几何特征提取的方法,点云的语义分割部分使用全卷积网络基于球面投影完成,在局部面元地图中利用泊松重建建立三角形面元地图同时渲染语义信息,增强局部面元地图对环境表示能力。通过KITTI数据集与MaiCity数据集验证了系统的实时性与全局语义地图、局部面元地图的建图效果。

关键词：同步定位与地图构建泊松重建面元地图点云地图语义识别深度学习自主定位

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激光点云数据预处理及表面重构方法研究

中文科技期刊数据库（全文版）工程技术 2024年第5期 160-167页

作者：许拴梅孙超王嫄中铁城际规划建设有限公司河北石家庄050011

通过三维激光扫描技术获取的点云数据量巨大同时存在较多不必要的信息,这些含不必要信息的数据,使其点云利用率降低,造成点云数据处理及应用管理的不便。因此,本文重点研究了点云滤波、点云精简、点云分割中的相关算法。选取数据量很大... 详细信息

通过三维激光扫描技术获取的点云数据量巨大同时存在较多不必要的信息,这些含不必要信息的数据,使其点云利用率降低,造成点云数据处理及应用管理的不便。因此,本文重点研究了点云滤波、点云精简、点云分割中的相关算法。选取数据量很大的建筑物室内外点云,验证滤波、精简、场景分割算法的处理效果;同时,在点云预处理的基础上研究了泊松表面重建的算法,并针对点云数据特征分析了其适用性,为之后三维场景的建立提供了一定的参考。

关键词：布料模拟滤波基于统计学滤波点云精简点云前景分割泊松重建

基于显著目标提取和泊松重建的红外与可见光图像融合方法

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激光与光电子学进展 2023年第16期60卷 175-184页

作者：刘文清王任华刘晓文杨馨中国人民公安大学信息网络安全学院北京100038

针对低照度环境下红外与可见光图像融合过程中存在显著目标不完整、边缘模糊和对比度不足等问题,提出一种基于显著目标提取和泊松重建的融合方法。针对红外图像像素之间强度显著性的差异,首先利用显著性检测、阈值分割和伽马校正的关联... 详细信息

针对低照度环境下红外与可见光图像融合过程中存在显著目标不完整、边缘模糊和对比度不足等问题,提出一种基于显著目标提取和泊松重建的融合方法。针对红外图像像素之间强度显著性的差异,首先利用显著性检测、阈值分割和伽马校正的关联性提取显著目标,从而实现红外图像中目标与背景的分离;其次考虑了源图像的视觉显著特征和梯度显著性,在梯度域上通过求解泊松方程重建融合图像;最后为提高低照度环境下融合图像的质量,利用红外图像的统计量均值和标准差优化融合结果。实验结果表明,所提方法在定性和定量分析方面均优于其他对比方法,能较好地突出红外目标信息,保留丰富的背景信息,视觉效果显著。

关键词：图像处理图像融合红外图像可见光图像泊松重建低照度

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基于局部泊松曲面重建的点云刚性配准方法

机械工程学报 2018年第15期54卷 141-149页

作者：孙殿柱郭洪帅李延瑞聂乐魁山东理工大学机械工程学院

为兼顾点云配准精度与收敛速度,提高配准过程收敛的稳定性,提出一种基于局部泊松曲面重建的点云刚性配准方法.该方法基于曲面局部样本重建泊松曲面并将其作为配准参考曲面,以采样点至参考曲面的最近点作为匹配点,将匹配范围由曲面局部... 详细信息

为兼顾点云配准精度与收敛速度,提高配准过程收敛的稳定性,提出一种基于局部泊松曲面重建的点云刚性配准方法.该方法基于曲面局部样本重建泊松曲面并将其作为配准参考曲面,以采样点至参考曲面的最近点作为匹配点,将匹配范围由曲面局部样本扩大为该样本所拟合的曲面域,提高点对匹配精度.同时,基于所重建的泊松曲面计算配准误差,消除采样误差对配准过程收敛判定的延迟影响,加快配准过程的收敛速度.在配准过程中,通过调整因子调节匹配点在曲面域的匹配范围,增大点对在配准误差偏大情况下匹配的概率,提高配准过程收敛的稳定性.试验表明,该方法在保证配准精度的同时可显著减少收敛时的迭代次数,配准过程收敛于全局最优的稳定性更高.

关键词：泊松重建曲面局部样本刚性配准迭代最近点

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基于局部泊松曲面重建的点云刚性配准方法

基于局部泊松曲面重建的点云刚性配准方法

作者：郭洪帅山东理工大学

学位级别：硕士

三维点云配准是逆向工程和计算机视觉等领域的热点问题。为提高点云配准过程中浮动点云与固定点云在公共区域对应点匹配的精确性,本文提出一种点到泊松曲面寻找对应点的匹配规则:通过固定点云的局部样本数据构建泊松曲面,将浮动点云中... 详细信息

三维点云配准是逆向工程和计算机视觉等领域的热点问题。为提高点云配准过程中浮动点云与固定点云在公共区域对应点匹配的精确性,本文提出一种点到泊松曲面寻找对应点的匹配规则:通过固定点云的局部样本数据构建泊松曲面,将浮动点云中的样本点到泊松曲面的最近点作为对应点,扩大对应点的匹配范围,保证对应点在匹配的范围域内,使配准在达到主流配准精度的同时,加快配准的收敛并提高配准的鲁棒性。本文的主要工作及创新点如下:（1）为提高配准过程中参考曲面—泊松曲面重建的质量,提出一种构造封闭点集进行泊松重建的方法,采用基于法向投影的三角形判别法分别识别样本集合的凸点和凹点,进而获取局部样本数据的二维边界特征及其对应的三维边界特征,借助所提取的边界特征添加辅助点,将非封闭的样本数据变为封闭点集合,提高泊松重建的质量以及重建的鲁棒性。（2）为有效分离样本数据所对应的网格曲面信息,提出一种KD树与半边结构相结合的动态空间索引结构,基于KD树叶节点的开放性存储网格曲面的几何信息,利用KD树优越的近邻查询性能查找半边信息所在的节点,借助半边结构的环序以及对偶半边信息可快速获取目标点的拓扑邻域信息。基于该索引可快速分离出样本数据所对应的网格曲面,保证分离网格曲面的拓扑完整性,为配准提供更加精确的参考信息。（3）通过交互选择特征点进行迭代初配准,基于点—泊松曲面匹配规则建立浮动点云样本数据与固定点云样本数据的对应点对信息,利用奇异值分解法计算刚性变换参数;同时定义配准调整因子,动态的调整候选曲面网格节点的范围,弥补手动选择特征点的精度低的缺陷,提高初配准的精度。在初配准的基础上,精配准基于自适应策略选择并增加特征点个数,保证在初配准效果不理想的情况（初配准误差偏大）下依然配准成功,在提高配准精度的同时,提高配准的鲁棒性,减少收敛的迭代次数。（4）提出一种基于点面最小距离的径向误差估计方法,通过减小径向误差来提高浮动点云和固定点云的贴合程度,利用调整因子对三维测量系统所引起的周向误差进行局部调节,进一步提高配准的精确性。通过加入误差补偿,消除泊松重建误差对配准结果的影响,使误差估计更加符合实际测量结果,提高误差估计的准确性。

关键词：局部样本边界特征识别泊松重建最近点迭代刚性配准

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基于向量场和等值面的改进泊松重建算法

激光与光电子学进展 2020年第10期57卷 163-171页

作者：高锋周虹黄超上海工程技术大学航空运输学院上海201620 上海工程技术大学城市轨道交通学院上海201620

为了提高点云表面的重建精度和准确度,针对泊松重建算法误连接孔洞区域及法线方向不一致导致重建结果偏差的问题,提出一种基于向量场和等值面的改进泊松重建算法。先利用统计滤波器对有噪声的点云数据进行去噪;再利用加权主成分分析估... 详细信息

为了提高点云表面的重建精度和准确度,针对泊松重建算法误连接孔洞区域及法线方向不一致导致重建结果偏差的问题,提出一种基于向量场和等值面的改进泊松重建算法。先利用统计滤波器对有噪声的点云数据进行去噪;再利用加权主成分分析估计法向并结合移动最小二乘(MLS)法计算点云法向和优化测量误差,利用OpenMP加速法线估计;最后利用改进DC(Dual Contouring)算法提取等值面来消除曲面孔洞和误连接曲面特征的问题。经过实验验证,改进的泊松算法可有效地去除模型中可能存在的孔洞问题和伪封闭曲面,提高重建曲面的准确度和效率。

关键词：图像处理三维点云泊松重建移动最小二乘法法向量改进DC算法

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基于机器视觉的葡萄特征参数估测方法研究

基于机器视觉的葡萄特征参数估测方法研究

作者：刘文涛佛山科学技术学院

学位级别：硕士

随着我国葡萄种植规模与产量逐年增长,葡萄低损高效智能化的检测和采摘成为了迫切需求和发展趋势。由于外部环境干扰和葡萄形状特性呈现极大差异性和不确定性,难以为采摘和评估提供精确的先验信息。针对上述问题,本文以多个品种的葡萄... 详细信息

随着我国葡萄种植规模与产量逐年增长,葡萄低损高效智能化的检测和采摘成为了迫切需求和发展趋势。由于外部环境干扰和葡萄形状特性呈现极大差异性和不确定性,难以为采摘和评估提供精确的先验信息。针对上述问题,本文以多个品种的葡萄为研究对象,建立了基于机器视觉的葡萄特征参数估计模型,估测葡萄及其浆果的尺寸参数和检测浆果的数量,为机器人采摘行为决策、产量估算和质量评估提供准确的数据支持。具体研究内容如下:（1）为了准确测量浆果大小等参数,建立了一种葡萄浆果表征参数测量模型。本文构建了不同品种的葡萄图像数据集,在分析出葡萄浆果形态特性后,提取出葡萄边缘轮廓特征,根据几何学原理提出基于局部聚类搜索和旋转方向判定的浆果检测算法,实现了葡萄浆果的参数检测。通过实验分析,证明了该模型在检测高度重叠的浆果方面显著优于传统算法。浆果计数的平均准确率达到91.42%,浆果尺寸检测的平均误差小于2.30mm。（2）为了精确估计完整的葡萄穗特征信息,提出了一种以多视角下的葡萄点云数据为基础的葡萄特征参数估测模型。通过融合主成分分析的迭代最近点算法（ICP,Iterative Closest Point）配准出完整的葡萄点云模型。分析体积估计的准确性,本文与四种不同的重建算法进行了对比。探明了基于泊松方程的重建算法是最佳算法,其可以从有噪声的点云中鲁棒地恢复更多表面细节。通过与真实测量的葡萄参数对比分析,本文提出的葡萄穗特征参数估测模型能够更准确的估测其特征信息,其估测值与测量值的决定系数（R）为0.9915。本文的研究最终实现了葡萄及其浆果的特征参数检测,为葡萄的质量评估和采摘策略的设计提供了有力依据和数据支持。

关键词：机器视觉特征检测葡萄参数估测局部搜索点云配准泊松重建