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基于点云深度学习的装配式构件尺寸参数识别方法

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上海大学学报（自然科学版） 2023年第3期29卷 502-511页

作者：张衡舒展上海大学力学与工程科学学院上海200444

利用点云深度学习技术自动识别建筑构件的尺寸,并使用虚拟点云解决了3D点云数据集工作繁杂的问题.首先,提出了一种批量快速生成虚拟点云数据集的方法.通过建筑信息模型(building information modeling,BIM)技术对装配式构件参数化建模,... 详细信息

利用点云深度学习技术自动识别建筑构件的尺寸,并使用虚拟点云解决了3D点云数据集工作繁杂的问题.首先,提出了一种批量快速生成虚拟点云数据集的方法.通过建筑信息模型(building information modeling,BIM)技术对装配式构件参数化建模,对其进行批处理转换数据格式后生成3D点云模型,从而生成无噪声、带标注的高质量点云.然后,对点云分类网络PointNet进行改进,搭建了端对端的构件尺寸参数识别网络PointNet CE.最后,使用生成的虚拟点云数据集进行模型训练,并通过工程实例验证了方法的有效性.实验结果表明:基于BIM技术生成的虚拟点云数据集可有效拓展现实世界的数据规模;改进后的构件尺寸参数识别网络可以准确识别出构件尺寸,对训练样本的识别精度达到了毫米级,对真实构件的识别精度也达到了厘米级,可基本满足装配式结构的施工要求.

关键词：建筑信息模型装配式构件点云深度学习虚拟数据集

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用于SLAM的点云动态物体识别

计算机工程与应用 2023年

作者：代领宋振波陆建峰南京理工大学

检测和分割场景中动态物体对于建立一致性地图至关重要。针对当前点云动态物体检测算法依赖大量含有动态属性标注的数据、限制激光雷达扫描方式等问题，提出了一种基于连续点云的动态物体检测算法。该文将待预测点云、相邻帧点云以及通... 详细信息

检测和分割场景中动态物体对于建立一致性地图至关重要。针对当前点云动态物体检测算法依赖大量含有动态属性标注的数据、限制激光雷达扫描方式等问题，提出了一种基于连续点云的动态物体检测算法。该文将待预测点云、相邻帧点云以及通过SLAM（Simultaneous Localization And Mapping）得到的位姿信息作为输入，利用点云场景流估计算法逐点估计移动情况，结合点云聚类、主成分分析（Principal Component Analysis， PCA）等技术，整合场景流结果以获取实例级移动信息以判断物体的动态属性，并将点云语义分割作为判别点是否属于可移动类别的插件以提升动态物体识别精度。所提算法不需要具有动态属性的标注数据进行训练，并且对传感器的扫描方式、生成的点云数没有任何限制；与现有最先进的方法进行对比，具有易于训练、判断准确、结果鲁棒等特性。

关键词： SLAM 深度学习点云

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基于注意力的多阶段点云补全网络

激光与光电子学进展 2023年

作者：尹溪洋周佩朱江平四川大学计算机学院四川大学视觉合成图形图像技术重点学科实验室

点云补全指利用不完整点云数据重建完整三维模型的过程。现有的大多数点云补全方法受点云无序性和不规则性影响，难以有效地重建局部细节信息，进而影响补全精度。为解决这个问题，本文提出基于注意力的多阶段点云补全网络。设计了满足... 详细信息

点云补全指利用不完整点云数据重建完整三维模型的过程。现有的大多数点云补全方法受点云无序性和不规则性影响，难以有效地重建局部细节信息，进而影响补全精度。为解决这个问题，本文提出基于注意力的多阶段点云补全网络。设计了满足置换不变性的金字塔式点云特征提取器，建立局部内点间的依赖以及不同局部间的相关性，在提取全局特征信息的同时加强对局部特征信息的提取。在点云重建过程中，采用由粗到精的方式，首先生成一个低分辨率的种子点云，然后逐步丰富种子点云的局部细节，得到更加精细且稠密的点云。在公开数据集PCN下进行的对比实验证明了本文方法能够有效重建局部细节信息，比对比方法在补全精度上提升了至少5.98%。消融实验也进一步验证了注意力模块的有效性。

关键词：点云点云补全自注意力交叉注意力几何细节感知

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基于点云的弯曲地铁隧道断面提取

测绘通报 2023年第10期 80-84,122页

作者：徐景田单斯奥于睿涵吴磊陈刚中国地质大学(武汉)地理与信息工程学院湖北武汉430074 湖北省电力勘测设计院有限公司湖北武汉430040 国家石油天然气管网集团有限公司西气东输分公司武汉输气分公司湖北武汉430074

三维激光扫描技术已广泛应用于运营期地铁隧道变形监测工作。针对常用地铁隧道中轴线获取方法存在的问题与不足,本文基于地铁隧道点云高程差异,提取隧道拱顶点云并拟合曲线,采用拱顶轴线代替中轴线对弯曲地铁隧道断面进行连续提取。针... 详细信息

三维激光扫描技术已广泛应用于运营期地铁隧道变形监测工作。针对常用地铁隧道中轴线获取方法存在的问题与不足,本文基于地铁隧道点云高程差异,提取隧道拱顶点云并拟合曲线,采用拱顶轴线代替中轴线对弯曲地铁隧道断面进行连续提取。针对传统断面去噪过程复杂、效率低下等问题,改进一种基于隧道断面几何特征的半径滤波去噪算法,且对去噪后的断面点进行椭圆拟合对比。利用武汉某弯曲地铁隧道点云数据进行试验,结果表明,以拱顶轴线代替中轴线提取弯曲地铁隧道断面的方法精度可靠,改进后的断面去噪算法简单高效,能够提高隧道变形监测工作效率。

关键词：点云地铁隧道轴线断面提取半径滤波

点云上求解偏微分方程的移动最小二乘Galerkin方法

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点云上求解偏微分方程的移动最小二乘Galerkin方法

作者：张鹏清华大学

学位级别：硕士

点云作为一种数据的表现方式,在数据挖掘,机器学习等领域有着广泛的应用。从数学和计算的角度来看,我们可以从点云上一些偏微分方程的解的性态来获取点云本身的一些信息,故点云上偏微分方程的数值求解有着非常重要的意义。点云上基于网... 详细信息

点云作为一种数据的表现方式,在数据挖掘,机器学习等领域有着广泛的应用。从数学和计算的角度来看,我们可以从点云上一些偏微分方程的解的性态来获取点云本身的一些信息,故点云上偏微分方程的数值求解有着非常重要的意义。点云上基于网格生成的偏微分方程求解方法由于全局网格生成的复杂性使得计算效率较低,而点云上现有的不基于网格生成的偏微分方程求解方法计算精度较低。传统的无网格方法也只适用于在欧氏空间的一个区域上求解偏微分方程。如何设计在点云上求解偏微分方程的高效率,高精度算法是一个重要的研究课题。本文致力于研究一种在点云上求解偏微分方程的高效率,高精度算法。本文的主要结果如下:1.我们通过将流形上的函数沿法向等值延拓到嵌入空间中,在嵌入空间中使用移动最小二乘逼近,构造了一个新的函数逼近空间,将传统的无网格Galerkin方法推广到了流形上,通过一系列数值试验验证了其有效性。与现有的无网格方法相比该方法能达到更高的精度。2.我们针对提出的方法,设计了相应移动最小二乘的权函数,使得格式中的被积函数有更好的光滑性,从而使数值积分计算能达到较高的效率。

关键词：点云偏微分方程移动最小二乘 Galerkin方法无网格方法

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点云的数控加工刀具路径直接生成研究

点云的数控加工刀具路径直接生成研究

作者：司海宁太原科技大学

学位级别：硕士

传统的逆向工程对获取的点云数据生成刀具路径要进行曲面重建或生成三角面片模型,在重建的曲面模型上进行刀具路径规划,但重建曲面的过程繁琐费时,重建的曲面精度也无法保证。直接对点云进行刀具路径规划,跳过了曲面重建的步骤且缩短了... 详细信息

传统的逆向工程对获取的点云数据生成刀具路径要进行曲面重建或生成三角面片模型,在重建的曲面模型上进行刀具路径规划,但重建曲面的过程繁琐费时,重建的曲面精度也无法保证。直接对点云进行刀具路径规划,跳过了曲面重建的步骤且缩短了刀具路径规划的时间,成为逆向工程目前的研究重点。本文对由点云数据直接生成刀具路径进行了研究,包括点云数据获取、数据预处理、粗加工刀具路径规划、精加工刀具路径规划以及后置处理仿真验证等。本文的主要研究成果如下:(1)以鼠标上表面为研究对象,设计了轮廓仪测量方案并进行了测量,对获取的扫描线点云数据分别用半径滤波和本文提出的四点判断法进行了降噪处理对比试验。建立了kd-tree结构对无序点云进行阈值判断降噪,建立了点云的八叉树结构对点云数据进行降采样,为后续刀具路径规划提供高质量的点云数据。(2)提出了点云的粗加工刀具路径规划方法。先对点云按Z轴方向进行等间隔分层,对每层点云进行二维网格划分,采用行切法计算由网格组成的点云刀位网格。该方法计算简便、适用于不复杂的点云数据粗加工刀具路径生成。(3)提出了点云等残留精加工刀具路径规划方法。针对散乱点云进行环形铣刀五轴刀具路径规划,首先在刀触点建立局部坐标系并计算该刀触点处的局部轮廓点集,接着根据刀具在切削时的几何形状及残留高度计算理论残留高度点,由理论残高点对应在局部轮廓点集中的点计算的残高点即为实际残高点,最后由几何关系计算相邻行的刀触点。该方法可计算理论残高点,相比较传统的利用点云轮廓点集依次计算的方法,可减少计算量、提高计算效率。(4)为验证本文提出的粗、精加工刀具路径规划方法的正确性,对数控机床的后置处理及仿真验证进行了研究,并采用MATLAB进行编程,将前面章节生成的刀位文件转换成用于数控加工的G代码。最后用VERICUT软件进行了仿真试验,验证本文算法的有效性和合理性。

关键词：逆向工程点云刀具路径等残留高度数控加工

基于车载LiDAR点云的高速立交桥中线提取方法研究

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重庆交通大学学报（自然科学版） 2023年第1期42卷 21-26,53页

作者：王金司琦刘嘉晖滕英言张博明北京工业大学北京市交通工程重点实验室北京100124 中国民航大学计算机科学与技术学院天津300300

车载激光扫描(light detection and ranging,LiDAR)技术因其可快速高效获取道路及两侧的地理信息,在智慧道路中有很大的应用前景,其所采集的LiDAR点云,实现了“所见即所得”,但其数据量大和噪点多等特点导致道路中线提取相关方法还不够... 详细信息

车载激光扫描(light detection and ranging,LiDAR)技术因其可快速高效获取道路及两侧的地理信息,在智慧道路中有很大的应用前景,其所采集的LiDAR点云,实现了“所见即所得”,但其数据量大和噪点多等特点导致道路中线提取相关方法还不够成熟。提出了一种面向高速立交桥中线提取的点云数据处理方法:采用多重滤波算法(梯度滤波、高斯滤波和双边滤波)过滤非路面点云,应用Alpha shapes算法识别道路边界,最终,引入B样条曲线拟合算法拟合道路中线。通过实例高速立交桥车载LiDAR数据验证了所提出方法的有效性和可行性。相关研究成果可服务于智慧道路改扩建和维养等领域。

关键词：道路工程智慧道路道路中线车载LiDAR 点云高速立交桥 B样条曲线

基于三维点云的木荷幼苗表型参数自动测量方法

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传感器与微系统 2024年第5期43卷 121-124页

作者：王斐周扬龙伟王斌周志春吴统贵浙江科技大学信息与电子工程学院浙江杭州310023 浙江科技大学中德工程师学院浙江杭州310023 中国林业科学研究院亚热带林业研究所浙江省林木育种技术研究重点实验室浙江杭州311400

本文提出了一种基于Azure Kinect传感器无损测量三维点云的表型参数测量方法。该方法包括预处理、茎叶分割和表型参数计算3个步骤。首先通过预处理将植株点云从场景点云中提取出来,在茎叶分割步骤历经骨架化、骨架修剪、茎线识别和叶片... 详细信息

本文提出了一种基于Azure Kinect传感器无损测量三维点云的表型参数测量方法。该方法包括预处理、茎叶分割和表型参数计算3个步骤。首先通过预处理将植株点云从场景点云中提取出来,在茎叶分割步骤历经骨架化、骨架修剪、茎线识别和叶片分割几个分步骤将木荷植株的茎干和叶片分离,最后得到株高、茎长、茎的方向、叶长和叶角等表型参数。实验结果表明,每个参数的决定系数(R~2>0.85)和均方根误差(RMSE)均达到了精度要求,说明了该方法是稳健和准确的。

关键词：木荷 Azure Kinect 点云骨架化表型参数提取

遮挡条件下基于MSF-PPD网络的绿萝叶片点云补全方法

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农业机械学报 2021年第9期52卷 141-148页

作者：肖海鸿徐焕良马仕航陈玲王江波王浩云华南理工大学自动化科学与工程学院广州510641 南京农业大学人工智能学院南京210095 中国移动通讯集团上海有限公司上海200060 塔里木大学植物科学学院阿拉尔843300

针对在自然场景中,由于遮挡、视角限制和操作不当等问题,导致传感器获取的植物或器官点云不完整,提出了一种基于多尺度特征提取模块结合点云金字塔解码器(Multi-scale feature extraction model with point cloud pyramid decoder,MSF-P... 详细信息

针对在自然场景中,由于遮挡、视角限制和操作不当等问题,导致传感器获取的植物或器官点云不完整,提出了一种基于多尺度特征提取模块结合点云金字塔解码器(Multi-scale feature extraction model with point cloud pyramid decoder,MSF-PPD)的叶片形状补全网络。首先,采用多尺度特征提取模块实现不同维度特征信息的全局提取和融合,其次,通过点云金字塔解码器进行叶片点云的多阶段生成补全,最终得到完整的目标叶片形状。使用曲面参数方程构建绿萝叶片仿真模型库,并将其离散成点云作为网络模型训练的训练集和验证集,使用Kinect v2相机获取绿萝叶片点云作为网络模型补全性能评估的测试集。试验结果表明,本文网络结构对叶片点云补全的效果理想,证明本文方法能够对遮挡情况下的绿萝叶片进行高效、完整的补全。

关键词：绿萝叶片遮挡点云生成补全金字塔解码器