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增强的OHTA颜色空间融合FPFH识别点云中的甜椒果实

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重庆师范大学学报（自然科学版） 2022年第2期39卷 111-119页

作者：王青朱德利李炜重庆师范大学计算机与信息科学学院重庆市数字农业服务工程技术研究中心重庆401331

【目的】研究三维点云中甜椒果实的精确识别,为采摘机器人进行采摘作业提供准备。【方法】提出一种增强OHTA颜色空间融合快速点特征直方图(Fast point feature histogram, FPFH)识别三维点云中甜椒果实的方法。以OHTA颜色空间为基础,通... 详细信息

【目的】研究三维点云中甜椒果实的精确识别,为采摘机器人进行采摘作业提供准备。【方法】提出一种增强OHTA颜色空间融合快速点特征直方图(Fast point feature histogram, FPFH)识别三维点云中甜椒果实的方法。以OHTA颜色空间为基础,通过分析甜椒植株颜色的特征,对I;和I;分量进行调整以增强果实与非果实的区分对比度;然后对所采集的点云进行几何特征的计算并利用FPFH对它进行描述;将颜色特征与FPFH进行融合得到点云描述符,并利用分类器进行判定分类,最终得到属于甜椒果实的点云。【结果】提出的方法可以将甜椒植株中的甜椒点云进行识别,且准确率较已有文献有一定提高。【结论】通过对比不同果实点云描述符的识别效果,提出的方法对甜椒果实点云的识别准确率为97.31%,精确-召回曲线下的面积的值为0.984,均优于其他点云描述符。

关键词：三维点云果实识别增强的OHTA颜色空间 FPFH

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法线特征约束的激光点云精确配准

武汉大学学报（信息科学版） 2020年第7期45卷 988-995页

作者：孙文潇王健梁周雁马伟丽陈喆山东科技大学测绘科学与工程学院山东青岛266590 山东省国土测绘院山东济南250000

作为点云数据处理的关键步骤,配准结果直接影响到后续数据处理的精度。针对传统迭代最近点(iterative closest point,ICP)算法依赖较好初始位置的局限性,提出基于法线特征约束的点云精确配准方法。首先采用局部表面拟合方法进行法线估计... 详细信息

作为点云数据处理的关键步骤,配准结果直接影响到后续数据处理的精度。针对传统迭代最近点(iterative closest point,ICP)算法依赖较好初始位置的局限性,提出基于法线特征约束的点云精确配准方法。首先采用局部表面拟合方法进行法线估计,并计算其快速点特征直方图,然后通过采样一致性方法对两组点云进行粗配准,最后通过建立KD-Tree加快对应点的搜索效率,并设定阈值去除错误对应点对,实现精确配准。结果表明,基于法线特征约束的粗配准算法可以为待配准点云提供较好的初始位置,并且改进的ICP算法有效地提高了点云配准的精度和效率。

关键词：点云法线特征约束 ICP FPFH 配准

基于机器视觉的货物堆放状态检测系统关键技术研究

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基于机器视觉的货物堆放状态检测系统关键技术研究

作者：曾伟西南科技大学

学位级别：硕士

在仓库货物的运转过程中,由于人工搬运不当和机械损伤,货物可能会遭受损坏或缺失。这不仅会影响后续货物的运输和销售,而且还会导致企业的运营成本上升。因此,货物检测逐渐成为物流、制造等行业的重要业务。传统的人工检测方法存在诸如... 详细信息

在仓库货物的运转过程中,由于人工搬运不当和机械损伤,货物可能会遭受损坏或缺失。这不仅会影响后续货物的运输和销售,而且还会导致企业的运营成本上升。因此,货物检测逐渐成为物流、制造等行业的重要业务。传统的人工检测方法存在诸如检测范围受限、准确性不够等问题,而机器视觉技术具有快速、准确、非接触等诸多优势,因此在各个领域得到广泛应用,逐渐替代了传统的人工检测方式。本文以某卷烟厂成品货物临时转运库中的烟箱货物为研究对象,针对该仓库中货物由于频繁转运造成的堆放数量缺失、堆放姿态异常等问题开展了相关研究。根据该仓库的货物检测需求,设计了一套基于机器视觉的货物堆放状态检测系统方案,主要对系统软硬件设计、货物图像和点云数据预处理、特征轮廓检测、模板匹配、点云配准等内容进行了研究。其中采用了一种多尺度特征模板匹配的方法来实现货物数量缺失检测,并提出了一种结合快速点特征直方图(Fast Point Feature Histograms,FPFH)的超四点快速鲁棒匹配算法(Super four point fast robust matching algorithm,Super 4PCS)+改进迭代最近点(Iterative Closest Point,ICP)的点云配准算法,实现了货物堆放姿态估计。具体的研究内容如下:(1)研究了数据预处理方法,包括了货物图像预处理和三维点云数据预处理。为了减小仓库中光照不足和不均匀造成的影响,对货物图像进行预处理,运用双边滤波和直方图均衡化等图像处理技术,提高图像质量和对比度。实验结果表明,该图像预处理方法可以有效均衡由于光照不均匀造成的图像色差,提高图像对比度。在三维点云数据预处理中,为了去除采集的三维点云中存在的噪声点,使用了直通滤波和统计滤波对点云数据进行滤波处理,实验结果表明,该预处理方法可以有效去除点云数据中的背景点云以及离散点云。(2)研究了一种基于多尺度特征模板匹配的货物数量缺失检测方法。该方法使用改进Canny算子提取烟箱表面品牌的特征轮廓,并将其作为模板图像。对模板图像构建多尺度图像金字塔,再将模板图像进行旋转。最后通过模板匹配实现对货物图像中目标区域的匹配计数。实验结果表明,该算法在仓库中的检测正确率为94.8%,平均检测时间为1.5s,可以满足仓库中对于货物数量缺失的检测需求。(3)研究了一种基于点云配准的货物堆放姿态估计方法。为了在点云数据不完全重叠的情况下实现良好的点云粗配准效果,设计了一种结合FPFH的Super-4PCS+ICP点云配准方法。该方法通过FPFH特征直方图精简点云体积,在粗配准阶段使用Super-4PCS配准算法找到较好的初始配准位置,在精配准阶段使用ICP算法进行更精细的位姿调整。点云配准实验结果表明,该方法能在点云数据不完全重叠的情况下保证配准精度,均方根误差(Root Mean Square Error,RSME)精度达到了10m数量级,能有效完成对单垛烟箱货物的点云配准以及姿态估计。设计开发了一套基于Halcon视觉处理库和三维点云处理库(Point Cloud Library,PCL)的货物堆放状态检测软件系统。该系统通过C#语言进行开发,使用Win Form框架构建软件平台。最后对系统进行实验测试,结果表明,该系统对于货物数量缺失检测正确率在90%以上,满足货物数量缺失检测的需求。在货物姿态估计方面,该系统能有效的完成货物点云的配准,可以满足货物堆放姿态估计的需求。

关键词：机器视觉多尺度特征模板匹配 FPFH Super-4PCS 点云配准姿态估计

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面向避雷器结构参数测量的三维重建研究

面向避雷器结构参数测量的三维重建研究

作者：陈凌超浙江科技学院

学位级别：硕士

避雷器是一种用来防止导线雷击断线的防雷装置,广泛应用于架空电线路中,是电气领域重要的防雷装置。避雷器的爬电距离、伞距、直径等参数不达标,会导致其在非雷击条件下导电;严重情况下会在工作过程中爆裂,造成经济损失和人员伤亡。当前... 详细信息

避雷器是一种用来防止导线雷击断线的防雷装置,广泛应用于架空电线路中,是电气领域重要的防雷装置。避雷器的爬电距离、伞距、直径等参数不达标,会导致其在非雷击条件下导电;严重情况下会在工作过程中爆裂,造成经济损失和人员伤亡。当前,避雷器的质检主要通过人工测量来实现,效率低下,难以满足避雷器的生产需求。为提高测量效率,研究通过三维重建获得避雷器结构信息完成参数测量。本文基于三维重建研究了避雷器点云配准算法及自动测量系统,从而提高避雷器测量的效率。针对避雷器的三维重建,本文主要从以下三个方面展开研究:(1)提出一种尺度不变点特征直方图(SIPFH)描述符,以及基于SIPFH的点云配准方法。SIPFH特征描述符结合了快速点特征直方图和尺度不变特征变换的特点。为实现点云配准的局部优化,提出一种优化列文伯格-马夸尔特(LM)算法。基于SIPFH的点云配准方法流程如下:首先,计算点云的尺度不变点作为特征点;然后,计算每个特征点的快速点特征直方图,得到特征点的SIPFH描述符;其次,通过采样一致性初始对齐(SAC-IA)算法筛选出正确的匹配点,得到刚体变换矩阵的估计值;最后,通过优化LM算法来实现点云配准的局部优化。此外,本文采集了不同型号避雷器的点云数据建立数据集。(2)提出一种基于标记点的点云配准方法。该方法用三维特征描述符来描述二维图像上的标记点,部分原理与Sf M算法类似,配准流程如下:首先,圆形标记点作为特征点,计算色彩相机视角下的三维信息;然后,计算标记点处FPFH描述符,匹配特征点得到刚体变换矩阵的估计值;最后,通过优化LM算法实现局部优化,完成点云配准。(3)研发一套避雷器自动测量系统。基于三维重建获得低压避雷器和高压避雷器的三维模型,测量爬电距离;该系统的功能相对完善,界面简洁,易于操作。

关键词：避雷器点云配准三维重建 FPFH 标记点识别

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自适应邻域选择的FPFH特征提取算法

计算机科学 2019年第2期46卷 266-270页

作者：吴飞赵新灿展鹏磊关凌郑州大学信息工程学院郑州450001

在使用点云FPFH(Fast Point Feature Histograms)特征进行三维物体识别或配准时,人为主观调整邻域半径计算FPFH特征描述符具有随意性、低效性,整个过程不能自动化完成。针对该问题,提出了自适应邻域选择的FPFH特征提取算法。首先,对多... 详细信息

在使用点云FPFH(Fast Point Feature Histograms)特征进行三维物体识别或配准时,人为主观调整邻域半径计算FPFH特征描述符具有随意性、低效性,整个过程不能自动化完成。针对该问题,提出了自适应邻域选择的FPFH特征提取算法。首先,对多对点云估算点云密度;然后,计算多个邻域半径以提取FPFH特征用于SAC-IA配准,统计配准性能最优时的半径与点云密度值,使用三次样条插值拟合法求出函数表达式,形成自适应邻域选择的FPFH特征提取算法。实验结果表明,该算法根据点云密度自适应选择合适的邻域半径,提升了FPFH特征匹配的性能,同时加快了运算速度,具有指导价值。

关键词： FPFH SAC-IA配准点云密度邻域半径

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基于FPFH的点云特征点提取算法

计算机应用与软件 2020年第7期37卷 165-169,245页

作者：贾薇舒勤黄燕琴四川大学电气信息学院四川成都610065 漳州职业技术学院福建漳州363000

提出一种基于快速点特征直方图(FPFH)的点云特征点提取方法。将FPFH引入到点云模型特征点提取技术中,建立FPFH各子区间均值参数,并将之与点的FPFH各区间的值进行对比,提取初始特征点;利用基于特征点邻近点夹角的方法对脊谷特征点进行优... 详细信息

提出一种基于快速点特征直方图(FPFH)的点云特征点提取方法。将FPFH引入到点云模型特征点提取技术中,建立FPFH各子区间均值参数,并将之与点的FPFH各区间的值进行对比,提取初始特征点;利用基于特征点邻近点夹角的方法对脊谷特征点进行优化;采用基于投影点夹角的方法对点云轮廓特征进行增强。实验结果表明,该方法能够有效提取出点云特征点,并能较好地表达模型的细节特征和整体轮廓特征。

关键词： FPFH 点云特征点 PCA 脊谷点

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基于密度优化FPFH的点云自动配准算法

新余学院学报 2023年第6期28卷 11-18页

作者：傅思勇赵清华陶秋香傅凯新余学院中兴通讯信息学院江西新余338004

为更快速、精确地配准点云,提出一种基于密度优化的快速点特征直方图(FPFH)配准算法。该算法通过点云中每一点的法线,建立局部坐标系,后通过平移方式得到每一点对及其加权邻域的法向偏角信息,由此构造33个区间的快速点特征直方图;同时... 详细信息

为更快速、精确地配准点云,提出一种基于密度优化的快速点特征直方图(FPFH)配准算法。该算法通过点云中每一点的法线,建立局部坐标系,后通过平移方式得到每一点对及其加权邻域的法向偏角信息,由此构造33个区间的快速点特征直方图;同时为了解决FPFH缺少邻域间互联信息的缺点,引入点云密度及其加权邻域密度特征描述符,并将其划分为11个区间,进而构造44个区间的快速点特征直方图。随后以经典斯坦福兔子模型为试验对象,将所提算法与传统FPFH算法对比,试验结果表明所提算法可保证在时间复杂度不变的情况下,配准误差降低6.7%。

关键词：点云配准密度优化 FPFH

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火星局部地形高精度配准方法研究

测绘地理信息 2022年第S01期47卷 177-182页

作者：王彬亮郭欣怡赵双明武汉大学遥感信息工程学院湖北武汉430079 北京市测绘设计研究院北京100038 城市空间信息工程北京市重点实验室北京100038

针对HiRISE(high resolution science imaging experiment)DEM(digital elevation model)和MOLA(Mars orbiter laser altimeter)DEM的匹配问题,提出了一种基于点云粗配准与精配准方法结合的地形匹配框架。实验表明,相比于GICP等经典方法... 详细信息

关键词： MOLA HiRISE 点云配准 ISS FPFH VGICP

基于SAC-IA和NDT融合的点云配准方法

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大地测量与地球动力学 2021年第4期41卷 378-381页

作者：荆路武斌李先帅天津城建大学计算机与信息工程学院天津市300384

提出一种基于采样一致性初始配准(SAC-IA)和正态分布变换(NDT)配准融合的点云配准方法。首先计算出待配准点云和目标点云的快速点特征直方图(FPFH)特征;然后依据该特征,利用SAC-IA算法求出初始转换矩阵,完成初始配准;最后在初始配准的... 详细信息

提出一种基于采样一致性初始配准(SAC-IA)和正态分布变换(NDT)配准融合的点云配准方法。首先计算出待配准点云和目标点云的快速点特征直方图(FPFH)特征;然后依据该特征,利用SAC-IA算法求出初始转换矩阵,完成初始配准;最后在初始配准的基础上,利用NDT算法对两片点云进行精配准。实验结果表明,该方法的配准精度显著优越于ICP算法,且配准效率也有所提升。

关键词：点云配准 ICP算法 SAC-IA NDT FPFH