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基于线特征及迭代最近点算法的地基建筑物点云自动配准方法

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计算机应用 2020年第6期40卷 1837-1841页

作者：徐景中王佳荣武汉大学遥感信息工程学院武汉430079

为克服迭代最近点(ICP)算法易陷入局部最优的缺陷,提出一种基于线特征及ICP算法的地基建筑物点云自动配准方法。首先,基于法向一致性进行建筑物点云平面分割;接着,采用alpha-shape算法进行点簇轮廓线提取,并拆分和拟合处理得到特征线段... 详细信息

为克服迭代最近点(ICP)算法易陷入局部最优的缺陷,提出一种基于线特征及ICP算法的地基建筑物点云自动配准方法。首先,基于法向一致性进行建筑物点云平面分割;接着,采用alpha-shape算法进行点簇轮廓线提取,并拆分和拟合处理得到特征线段;然后,以线对作为配准基元,以线对夹角和距离作为相似性测度进行同名特征匹配,实现建筑物点云的粗配准;最后,以粗配准结果为初值,进一步采用ICP算法完成点云精确配准。利用两组部分重叠的建筑物点云进行配准实验,实验结果表明,采用由粗到精的配准方法能有效改善ICP算法对初值依赖的问题,实现具有部分重叠的建筑物点云的有效配准。

关键词：点云配准建筑物平面分割特征线迭代最近点算法

改进迭代最近点算法支持下的LiDAR点云与正射影像粗-精配准方法

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江西科学 2022年第3期40卷 539-544页

作者：徐卫红彭家真高红旗浙江华东测绘与工程安全技术有限公司杭州310014

针对直接迭代最近点算法(Iterative Closest Point,ICP)算法难以满足无人机LiDAR点云与正射影像高精度高效配准等问题,提出基于改进ICP的LiDAR点云与正射影像配准方法,为遥感地物目标解译提供丰富的空间信息和语义信息。首先采用体素滤... 详细信息

针对直接迭代最近点算法(Iterative Closest Point,ICP)算法难以满足无人机LiDAR点云与正射影像高精度高效配准等问题,提出基于改进ICP的LiDAR点云与正射影像配准方法,为遥感地物目标解译提供丰富的空间信息和语义信息。首先采用体素滤波算法消除原始点云数据冗余;然后,利用主成分分析算法(Principal Component Analysis,PCA)对点云进行粗配准和计算刚体变换参数初始值,最后使用ICP算法实现LiDAR点云与正射影像精配准。实验结果表明,基于改进ICP的配准方法能够实现复杂地物分布、地物遮挡等情况下点云与影像快速、高精度地配准和点云纹理精准着色,相比原始ICP算法精度和效率分别提高了约1.8倍和3倍。

关键词：激光点云体素滤波迭代最近点算法配准正射影像

融合采样一致性和迭代最近点算法的点云配准方法

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激光杂志 2019年第10期40卷 45-50页

作者：赵明富黄铮宋涛曹利波黄俊木陈兵重庆理工大学光纤传感与光电检测重庆市重点实验室

三维点云数据配准在机器人环境感知与建模、虚拟现实、人机交互、逆向工程等领域有着广阔的应用前景。针对传统迭代最近点(Iterative Closest Point,ICP)算法中存在的收敛速度慢、鲁棒性差等问题进行研究,提出了一种融合采样一致性和迭... 详细信息

三维点云数据配准在机器人环境感知与建模、虚拟现实、人机交互、逆向工程等领域有着广阔的应用前景。针对传统迭代最近点(Iterative Closest Point,ICP)算法中存在的收敛速度慢、鲁棒性差等问题进行研究,提出了一种融合采样一致性和迭代最近点算法的点云配准方法,对点云数据的快速点特征直方图(Fast Point Features Histograms,FPFH)特征进行提取并对这些特征使用采样一致性初始配准算法(Sample Consensus Initial Alignment,SAC-IA)进而得到点云集间的对应关系,计算出点云的初始变换,从而获得一个较好的配准位置,提出了k-d树近邻搜索方法加速搜寻对应点对,并利用点云的方向向量阈值去除迭代最近点算法产生的误点对,实现点云的精确配准。实验结果表明,算法取得了较高的配准精度,加快了收敛速度。

关键词：采样一致性算法迭代最近点算法点云配准三维重建

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采用主成分分析的迭代最近点算法优化与验证

激光与光电子学进展 2022年第22期59卷 181-189页

作者：石峰源张春明姜丽辉周琦潘迪上海航天控制技术研究所上海201109 上海市空间智能控制技术重点实验室上海201109 上海航天技术研究院上海201109

通过分析算法配准过程提出一种基于主成分分析(PCA)的点云配准策略,对迭代最近点(ICP)算法迭代过程加入PCA配准设计,以解决ICP算法易陷入局部最小值、配准耗时高的问题。首先,利用重心法在首次迭代开始前使参考点云与待配准点云重心重... 详细信息

通过分析算法配准过程提出一种基于主成分分析(PCA)的点云配准策略,对迭代最近点(ICP)算法迭代过程加入PCA配准设计,以解决ICP算法易陷入局部最小值、配准耗时高的问题。首先,利用重心法在首次迭代开始前使参考点云与待配准点云重心重合以达到初始位姿确定;然后,在ICP算法每次进行迭代时,先对待配准点云与参考点云进行PCA,选取其中前三主成分特征向量,通过姿态变换进行对应匹配,使两点云完成初始配准后再利用欧氏距离寻找最近点,完成后续配准过程。选取了经典ICP算法及3种初始位姿确定方法、文献主流算法与提出的迭代PCA算法及3种初始位姿确定方法进行对比分析,结果表明,在前述两种方法都无法配准的情况下,提出算法不仅成功避免算法陷入局部最小,而且获得了较优的速度与精度,迭代次数为10次,耗时19.427939 s,配准误差为2.1932,综合提高了配准性能。

关键词：成像系统迭代最近点算法主成分分析点云配准时间飞行相机局部最小

改进权重的迭代最近点算法在点云配准中的应用

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大地测量与地球动力学 2019年第4期39卷 417-420页

作者：张崇军许烨璋郑善喜郑家根张艳核工业湖州工程勘察院浙江省湖州市环渚路666号313000 浙江省河海测绘院杭州市复兴南街268号310008

针对传统迭代最近点算法不具备抗差性的难题,利用迭代最近点算法配准残差的分布规律,综合M估计及选权迭代思想,提出改进权重的迭代最近点配准算法。根据每个点对配准计算出对应的初始权重,然后在附加点对权重的基础上使用选权迭代法计... 详细信息

针对传统迭代最近点算法不具备抗差性的难题,利用迭代最近点算法配准残差的分布规律,综合M估计及选权迭代思想,提出改进权重的迭代最近点配准算法。根据每个点对配准计算出对应的初始权重,然后在附加点对权重的基础上使用选权迭代法计算出满足条件的权重,以达到抵御粗差的目的。结果表明,选权迭代过程能合理改善三维空间转换参数计算的结果,提出的改进算法较适合含粗差点的点云数据的配准。

关键词：点云数据配准 M估计选权迭代法迭代最近点算法

基于改进迭代最近点算法的光学-CT双模态数据融合研究

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基于改进迭代最近点算法的光学-CT双模态数据融合研究

作者：刘林西北大学

学位级别：硕士

光学成像通过体外非入侵的方式对荧光标记物进行检测,可以依据组织体表获取到的光学信息来重建出生物体内的荧光物质分布,从而显示生物功能信息,具有灵敏度高、成本较低、操作简单的优点。计算机断层成像(Computed tomography,CT)可以... 详细信息

光学成像通过体外非入侵的方式对荧光标记物进行检测,可以依据组织体表获取到的光学信息来重建出生物体内的荧光物质分布,从而显示生物功能信息,具有灵敏度高、成本较低、操作简单的优点。计算机断层成像(Computed tomography,CT)可以提供生物体的结构信息,为了同时从功能和结构两个方面观测生物组织,为光学断层成像逆向重建提供精确的体表荧光信息分布,需要光学和CT双模态数据融合。目前的方法为基于标记点的2D-3D的配准方法,该方法不便操作,而且过于依赖人为对于标记点的选定。针对这些问题,本文提出了一种基于改进迭代最近点算法(Iterative Closet Point,ICP)的光学-CT双模态数据融合方法,并应用于生物自发荧光断层成像(Bioluminescent tomography imaging,BLT)中,具体研究工作如下:(1)采用改进的基于体素的方法对多角度二维白光数据进行三维表面重建。针对目前常用的基于体素的多角度光学投影表面重建方法中,体素的细分级别、重建精度和内存占用之间存在的矛盾,本文在兼顾重建精度和效率的基础上,提出了基于自适应最优细分级别阈值的三维表面重建方法进行小动物表面重建,得到3D白光表面数据。为了验证本文算法对小鼠表面重建的可行性,设计了真实圆柱仿体实验以及真实小鼠实验,实验结果表明本文算法在保证重建效率的情况下精度高于传统方法,可应用于小鼠三维表面的重建中。(2)基于改进的迭代最近点算法对3D白光表面和3D CT表面数据进行配准。针对传统ICP算法对于初始值的敏感性比较高,计算时间长,并且对于不同模态以及大幅残缺差异数据的配准精度和速度较差的问题,采用基于双向距离比例改进的ICP算法进行三维配准。该方法首先使用主成分分析法对点云进行粗配准,然后采用KD-tree进行最近邻搜索以提高对应点对的查找速度,对每个点建立双向匹配,通过计算双向距离和比值,引入一个指数函数计算概率值来判断点对属于正确匹配的概率,最后通过加权最小二乘法计算最优变换,运用奇异值分解法得到最终的变换矩阵。为了验证改进ICP算法的配准速度和精度,设计了斯坦福点云数据的配准实验和白光与CT数据的配准实验。实验结果表明本文改进ICP算法的配准精度和速度明显优于传统ICP算法和TrICP算法,可以得到良好的3D白光表面和3D CT表面数据配准结果,为最终的荧光映射提供基础。(3)以重建的3D白光表面数据作为中介,进行多幅荧光信息融合及量化校正,以实现最终的光学-CT双模态数据融合。二维白光数据和荧光数据均在相同的光学框架中采集,因此它们的投影矩阵相同。通过白光数据计算投影矩阵,利用得到的投影矩阵将荧光信息进行投影及量化校正。为了验证本文方法在数据融合中的效果,将其应用于BLT数据和micro-CT数据融合中。设置了真实小鼠实验,实验结果表明,本文方法可以有效的完成双模态数据融合,有利于BLT的精确重建。

关键词：双模态信息融合迭代最近点算法三维表面重建自发荧光断层成像

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基于鲁棒统计学方法的迭代最近点算法研究

基于鲁棒统计学方法的迭代最近点算法研究

作者：鄢莹华中科技大学

学位级别：硕士

视觉系统是IC制造装备的关键子系统之一。图像匹配是用于IC制造装备的视觉系统的核心功能组件。迭代最近点算法是一种点集匹配的方法，在图像配准中因其配准精度高而应用广泛。本文针对在点对的权重赋予和剔除两个方面研究如何改进迭代... 详细信息

视觉系统是IC制造装备的关键子系统之一。图像匹配是用于IC制造装备的视觉系统的核心功能组件。迭代最近点算法是一种点集匹配的方法，在图像配准中因其配准精度高而应用广泛。本文针对在点对的权重赋予和剔除两个方面研究如何改进迭代最近点算法。首先，本文介绍了迭代最近点算法的基本原理，分析了迭代最近点算法的特点和不足。在点对的权重赋予和特定点对的剔除两个阶段，通过应用鲁棒统计学方法提高迭代最近点算法的鲁棒性。鲁棒估计主要解决的是当观测数据中存在离群数据时，能够对模型作出很好的估计。在文中介绍了三个经典的基于鲁棒统计学方法的迭代最近点算法，分别是迭代最近点算法与M估计、LMedS估计和LTS估计相结合得到的M-ICP算法、RICP算法和TrICP算法。本文提出了另一种将LTS估计与迭代最近点算法相结合的新方法，利用残差的分布特性求取每次迭代过程中选取的特定点对的数量，并且增加了缩放参数。实验证明，新算法对于存在噪声的点集匹配可行有效。

关键词：迭代最近点算法配准鲁棒统计学方法离群点

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基于曲率特征的迭代最近点算法配准研究

激光与光电子学进展 2017年第1期54卷 107-114页

作者：曾繁轩李亮刁鑫鹏中国矿业大学环境与测绘学院江苏徐州221116

在三维激光扫描技术中,点云数据配准技术直接影响后期建模质量。点云配准主流算法为迭代最近点(ICP)算法,该算法能自动、高精度配准,也具有时间空间复杂度较大、收敛缓慢、易匹配错误对应点等缺点。将基于曲率极值的算法与ICP算法相结合... 详细信息

在三维激光扫描技术中,点云数据配准技术直接影响后期建模质量。点云配准主流算法为迭代最近点(ICP)算法,该算法能自动、高精度配准,也具有时间空间复杂度较大、收敛缓慢、易匹配错误对应点等缺点。将基于曲率极值的算法与ICP算法相结合,对曲率特征明显的点云模型进行配准。从算法收敛效率、抗噪性及点云初始位置优劣对算法的影响三方面设计实验,并与经典ICP算法及其他改进算法进行对比。结果表明,该算法对于曲率变化明显的点云数据表现出的收敛效率高于其他算法,对于质量较差的初始数据,该算法收敛稳定性较强。

关键词：图像处理点云配准迭代最近点算法曲率极值算法

基于迭代最近点算法的地形匹配算法可靠性分析

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深圳大学学报（理工版） 2005年第1期22卷 22-26页

作者：刘承香阮双琛刘繁明张敏深圳大学工程技术学院深圳518060 哈尔滨工程大学自动化学院哈尔滨150001

根据迭代最近点算法的原理,从几何直观的角度研究了地形辅助导航系统匹配的可靠性,推导了旋转和平移的可靠性公式,并进行了数字仿真,结果表明,本文推导的可靠性结论是正确的.

关键词：迭代最近点算法地形匹配可靠性旋转和平移可靠性