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独立模型法点云拼接在建筑倾斜监测中的应用

测绘地理信息 2021年第2期46卷 79-82页

作者：王智超刘尚国郑硕山东科技大学测绘科学与工程学院山东青岛266590 山东省基础地理信息与数字化技术重点实验室山东青岛266590 中国科学院测量与地球物理研究所湖北武汉430060

针对建造结构复杂高层建筑倾斜监测需求,介绍了一种基于地面三维激光扫描仪,结合独立模型法多站点云拼接的高层建筑倾斜变形的监测方案,研究其点云拼接原理、棱线提取和监测技术路线。通过拟合标靶球点云球心的三维坐标,与同名点控制坐... 详细信息

针对建造结构复杂高层建筑倾斜监测需求,介绍了一种基于地面三维激光扫描仪,结合独立模型法多站点云拼接的高层建筑倾斜变形的监测方案,研究其点云拼接原理、棱线提取和监测技术路线。通过拟合标靶球点云球心的三维坐标,与同名点控制坐标进行坐标转换,实现点云拼接。提取建筑点云模型两平面的交线即建筑物棱线,计算倾斜度。工程实践表明以独立模型法作为点云拼接的理论基础,点位空间误差为M_(S)=1.743 mm,满足建筑物变形观测要求。可实现对复杂高层建筑倾斜监测,相比于传统倾斜监测方法的外业工作量可缩短近60%,且精度高,可靠性强。

关键词：倾斜监测三维激光扫描点云拼接球心拟合坐标转换

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基于改进特征匹配的点云数据无缝拼接研究

计算机仿真 2020年第10期37卷 200-205页

作者：吕颖陈志明杨天天牛康南京航空航天大学江苏南京210016 上海机电工程研究所上海201100

针对现代传感器由于自身扫描范围限制不能一次性完成对象的扫描,需重复多视角来获取对象完整三维信息的问题,提出一种通过传感器实时获取周围场景来实现三维点云拼接的方法。首先,传感器采集场景的深度信息和彩色信息来获取连续帧间的S... 详细信息

针对现代传感器由于自身扫描范围限制不能一次性完成对象的扫描,需重复多视角来获取对象完整三维信息的问题,提出一种通过传感器实时获取周围场景来实现三维点云拼接的方法。首先,传感器采集场景的深度信息和彩色信息来获取连续帧间的SURF特征点,并计算特征描述子;然后,采用局部特征描述的粗配准和ICP方法将不同视角下的点云转换到统一的坐标系下,并通过RANSAC算法剔除误匹配;最后,结合得到的平移矩阵和旋转矩阵完成点云数据的无缝拼接。实验结果表明,应用特征匹配方法进行点云拼接的算法在消除公共部分冗余数据的同时,能够比较完整的保留两组点云之间互补包含的点云数据。

关键词：随机抽样一致性特征点提取点云特征匹配点云拼接

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无附加信息的地面激光点云自动拼接方法

中国激光 2016年第4期43卷 212-220页

作者：陈茂霖卢维欣万幼川田思忆杨威武汉大学遥感信息工程学院湖北武汉430079 武汉市测绘研究院湖北武汉430022

提出了一种基于几何信息的点云自动拼接方法,该方法可以在没有强度、影像等附加信息的情况下实现点云测站间的自动拼接。通过特征距离直方图提取待拼接站的特征点,然后在参考站的特征空间中进行K临近查找得到特征点的初始匹配集合。提... 详细信息

提出了一种基于几何信息的点云自动拼接方法,该方法可以在没有强度、影像等附加信息的情况下实现点云测站间的自动拼接。通过特征距离直方图提取待拼接站的特征点,然后在参考站的特征空间中进行K临近查找得到特征点的初始匹配集合。提出相对高度和法向量的相似性度量,结合均方根距离剔除误匹配,计算得到初始转换参数,使用香农熵筛选复杂性较低的点参与迭代最临近点(ICP)精拼接。真实点云数据的实验证明,该方法可以剔除初始匹配集合中的误匹配,得到较好的初始转换参数,并提高ICP算法的效率和精度。

关键词：遥感点云拼接同名点筛选特征距离直方图迭代最临近点

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双维度交叉特征点协同匹配的点云拼接算法

激光与光电子学进展 2021年第2期58卷 55-67页

作者：陈毅杨海马刘瑾李筠虞梓豪潘骏夏季上海理工大学光电信息与计算机工程学院上海200093 上海工程技术大学电子电气工程学院上海201620 第二军医大学长海医院上海200433

为提高结构光三维重构系统的点云匹配速度及精度,提出二维视图及三维点云交叉特征点协同匹配的方法。首先,通过投影变换及维度映射关系实现待拼接投影图像的归一化,经预处理后提取端点及分叉点作为关键点,对同类点进行三角划分及相似匹... 详细信息

为提高结构光三维重构系统的点云匹配速度及精度,提出二维视图及三维点云交叉特征点协同匹配的方法。首先,通过投影变换及维度映射关系实现待拼接投影图像的归一化,经预处理后提取端点及分叉点作为关键点,对同类点进行三角划分及相似匹配得到初始点集,并将其映射至三维空间。其次,利用kd-tree搜索得到双邻域质心,根据三点构成的三角形相似关系进一步筛选点集。最后,采用四元数法完成粗拼接,进而使用改进的迭代最近点(ICP)算法完成精拼接。实验结果表明,所提算法的匹配准确率达98.16%,匹配用时3s,粗拼接重叠区域的重心距离误差为0.018mm,所提算法对于二维图像视角变换、纹理光滑、光线不均等具有较高的鲁棒性。

关键词：图像处理视角变换双维度协同匹配点云拼接迭代最近点算法

航空发动机叶片三维测量的点云增强迭代最近点拼接及处理研究

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航空发动机叶片三维测量的点云增强迭代最近点拼接及处理研究

作者：向振河北工业大学

学位级别：硕士

随着中国民用航空行业的蓬勃发展，航空发动机叶片的维修技术在航空领域的作用也越发重要。叶片作为航空发动机中的关键零件，因其工作环境恶劣而容易受损伤，又因其工作性质要求形状精准，所以叶片的三维测量重构、焊接修复技术在航空... 详细信息

随着中国民用航空行业的蓬勃发展，航空发动机叶片的维修技术在航空领域的作用也越发重要。叶片作为航空发动机中的关键零件，因其工作环境恶劣而容易受损伤，又因其工作性质要求形状精准，所以叶片的三维测量重构、焊接修复技术在航空领域中占有重要的位置。在叶片的三维测量重构中，点云的处理和拼接的算法目前仍然不成熟，因此研究高精度、快速的三维点云数据处理技术对提高航空领域竞争力具有重要的意义。在详细了解国内外学者对三维点云数据的预处理、拼接和后处理算法研究现状的基础上，针对航空发动机叶片曲面形状和高精度的要求，提出了基于点云增强技术的改进ICP （Iterative Closest Point）算法的点云精拼接算法;又提出了包围盒法和曲率精简法相结合的点云精简算法。在采集系统对叶片多视场三维数据采集后，经过k-d树算法对点云快速去噪处理的点云数据依然非常庞大，采用曲率精简法和包围盒精简法相结合的算法进行点云数据精简。在点云数据的拼接算法中，首先对不同视场下的点云数据进行粗拼接，粗拼接后两幅点云有比较接近的初始位置，能够满足ICP算法对点云初始位置的要求。由于ICP算法在搜索最近点时容易出现局部极值问题，提出一种新的方法即在对应点对的搜索中如果没有找到符合要求的点，则对点云进行局部增强，防止出现错误配准。采用新算法提高点云拼接的精度，使拼接的标准偏差小于0.004mm;提高了拼接的效率，所需要的迭代时间比传统的ICP方法减少500s以上。点云数据拼接后利用三角化填充方法对孔洞进行处理，点云数据转化为多边形，用多边形构造曲面，实现叶片的三维重构。对某型号的航空发动机叶片经过三维点云数据的预处理、拼接和后处理算法后，利用三维逆向软件重构出其三维模型，并对其三维点云数据精拼接平均距离、标准偏差等实验结果进行分析。本算法精度符合航空发动机叶片的修复标准，实验表明提出的拼接算法在精度上有很大提高，效率也有一定提高，满足工业实际要求。

关键词：航空发动机叶片点云拼接点云增强改进ICP算法点云精简

三维点云智能进化拼接与表面纹理映射方法研究

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三维点云智能进化拼接与表面纹理映射方法研究

作者：赵琳敬天津大学

学位级别：硕士

随着三维重建在工业、医学及航空航天等社会生活各个领域的广泛应用,对于三维重建的研究也愈加深入。其中,三维点云拼接技术可以将不同视点得到的点云模型统一到一个坐标系下,从而得到重建物体的完整三维几何模型。但仅得到物体的三维... 详细信息

随着三维重建在工业、医学及航空航天等社会生活各个领域的广泛应用,对于三维重建的研究也愈加深入。其中,三维点云拼接技术可以将不同视点得到的点云模型统一到一个坐标系下,从而得到重建物体的完整三维几何模型。但仅得到物体的三维几何模型是不够的,必须进行纹理映射才能得到具有强烈真实感、细节纹理丰富及充满浸入式体验的三维场景或模型。因此,本文对三维点云拼接技术与纹理映射方法进行了分析与研究。主要工作与创新性如下:1、对以进化算法为基础的点云拼接方法进行了深入研究。介绍了点云拼接的相关基础理论;详细分析了三种应用较为广泛的进化算法,研究了算法结构并对其优缺点进行了阐述;明确了进化拼接算法的概念,分析了进化算法解决拼接问题的可行性并给出了进化拼接算法框架。2、提出了一种基于改进回溯搜索优化算法的拼接方法。针对回溯搜索优化算法全局探索能力强而局部开发能力相对较弱的不平衡问题,提出了三点改进策略:基于t分布的变异系数改进、交叉方程的完善以及进化选择机制的使用;并选取了15个测试函数进行了数值优化对比实验,实验结果表明,所提改进算法在保证全局探索能力的同时,提高了算法的收敛速度和精度;利用该算法进行了点云库模型与实拍模型的拼接实验,实验结果表明该算法可以快速高效地完成拼接任务。3、研究了一种基于旋转轴标定的高分辨率纹理映射方法。该方法将相机模型基础坐标系转换关系与旋转轴标定方法相结合,使其不需要进行特征点提取匹配等复杂操作,仅需要对拍摄主纹理图像时的左右相机进行实时标定,就可以通过旋转轴标定的方法计算得到其它纹理图像与三维点云的坐标映射关系。利用该方法在实验室条件下进行了验证实验,成功找到了高分辨纹理图像与三维点云的坐标映射关系并进行了纹理贴图,得到了具有高分辨率纹理的三维重建模型,验证了该方法的可行性。

关键词：三维重建点云拼接进化算法纹理映射双目立体视觉

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基于点云拼接的植物三维模型重建

应用科技 2019年第1期46卷 19-24页

作者：贾鹤鸣孟羽佳邢致恺朱柏卓彭晓旭李金夺东北林业大学机电工程学院黑龙江哈尔滨150040

针对采用点云配准法对植物三维模型重建的运算时间长、配准精度对参数要求高等问题,提出一种基于点云拼接法的植物三维模型重建算法。首先将转盘水平放置于地面上,利用Kinect获得转盘轴线相对于摄像头的位置信息,将植物放置于转盘上并... 详细信息

针对采用点云配准法对植物三维模型重建的运算时间长、配准精度对参数要求高等问题,提出一种基于点云拼接法的植物三维模型重建算法。首先将转盘水平放置于地面上,利用Kinect获得转盘轴线相对于摄像头的位置信息,将植物放置于转盘上并以60°等间隔旋转转盘并对植物进行6次图像采集;然后将彩色和深度图像数据融合得到植物点云,并对原始点云进行背景去除、离群点去除等操作获得理想的点云;最后将来自6个视角的点云分别绕轴旋转相应的角度,从而将点云拼接到一起。实验证明所提出算法的重建效果与点云配准算法的重建效果相似,并且本文算法的运算时间大为减少,具有较高的工程实用价值。

关键词：植物三维重建 Kinect 点云滤波点云拼接深度图像数据融合背景去除离群点去除

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用于多视点云拼接的改进ICP算法

计算机系统应用 2018年第1期27卷 180-184页

作者：陈金广郭秋梦马丽丽徐步高西安工程大学计算机科学学院西安710048

点云拼接在三维物体重建中有着广泛的应用,由于扫描设备会受到光照、遮挡或物体尺寸等的影响,使得扫描设备不能在同一视角下获取待测物体的全部点云信息.针对迭代最近点算法(ICP)受点云初始位姿影响较大,鲁棒性差的特点,提出一种将多视... 详细信息

点云拼接在三维物体重建中有着广泛的应用,由于扫描设备会受到光照、遮挡或物体尺寸等的影响,使得扫描设备不能在同一视角下获取待测物体的全部点云信息.针对迭代最近点算法(ICP)受点云初始位姿影响较大,鲁棒性差的特点,提出一种将多视点云数据作为研究对象,基于改进ICP算法的点云拼接算法.该算法在选取特征点时,将坐标轴与阈值相结合,设定一个阈值约束候选点的搜索范围,然后得到欧氏距离最近的点集,并使用ICP算法进行点云拼接.实验结果表明使用本文算法较传统ICP算法在迭代耗时、拼接精度上有明显的优势.

关键词：点云拼接多视点云 Kinect ICP算法三维重建

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自由设站法在点云拼接中的应用

测绘与空间地理信息 2017年第1期40卷 94-96,98页

作者：荆海峰王力杨文锋彭逸凡信息工程大学河南郑州450001

为方便三维点云数据的统一管理和工程应用,需要为其提供统一的坐标基准。在数据采集阶段,对于在控制点可通视的测区内,可利用后视定向的方法完成点云扫描测量工作。针对控制点无法通视的测区,本文提出基于全站仪三维自由设站控制测量的... 详细信息

为方便三维点云数据的统一管理和工程应用,需要为其提供统一的坐标基准。在数据采集阶段,对于在控制点可通视的测区内,可利用后视定向的方法完成点云扫描测量工作。针对控制点无法通视的测区,本文提出基于全站仪三维自由设站控制测量的方法,建立间接设站点平差模型并进行平差,进而解算标靶点坐标,利用标靶将扫描点转换到绝对坐标系中。试验结果表明:标靶坐标的测量精度和点云拼接的精度符合要求。在测区观测条件不好的情况下,自由设站法的应用为点云拼接提供了一种可行的方法。

关键词：自由设站点云拼接精度评定平差模型