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基于树木形貌点云三点变换与GICP配准的树木形貌三维重建

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高师理科学刊 2024年第7期44卷 42-51页

作者：姜淑凤贺月灿齐齐哈尔大学机电工程学院黑龙江齐齐哈尔161006

树木生长过程中受到病虫害或生长空腐与空洞等影响会造成形貌缺陷,如何实现树木形貌无损检测数据被精确地自动逆向数字化建模成为现代林木智能无损检测诊疗的核心问题.利用pcl库点云数据处理库函数平台编程实现三维扫描树木形貌点云逆... 详细信息

树木生长过程中受到病虫害或生长空腐与空洞等影响会造成形貌缺陷,如何实现树木形貌无损检测数据被精确地自动逆向数字化建模成为现代林木智能无损检测诊疗的核心问题.利用pcl库点云数据处理库函数平台编程实现三维扫描树木形貌点云逆向建模,提出了三点对齐点云数据处理函数法,将三维扫描技术获得的原始树木形貌点云进行了粗配准;运用迭代最近点算法完成树木的精配准,得到了精确的树木形貌点云模型;对点云模型进行了基于同名点对配准的实验验证,并对检测效果进行分析.该研究提高了三维扫描技术的树木无损检测点云逆向构建树木形貌三维数字化模型的速度与精准度.

关键词：树木形貌三维扫描 pcl点云库三点对齐点云配准

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多层多道焊缝轮廓重构及焊件变形分析

多层多道焊缝轮廓重构及焊件变形分析

作者：邓松林宁夏大学

学位级别：硕士

焊接技术在工业制造领域中具有十分重要的地位,在矿用液压支架的制备中,焊接比例约占40%。目前,矿用液压支架结构件多为中厚板,中厚板主要采用多层多道的焊接方式,其中每层每道焊缝导致的角变形都对中厚板结构件的安全性能和服役性能起... 详细信息

焊接技术在工业制造领域中具有十分重要的地位,在矿用液压支架的制备中,焊接比例约占40%。目前,矿用液压支架结构件多为中厚板,中厚板主要采用多层多道的焊接方式,其中每层每道焊缝导致的角变形都对中厚板结构件的安全性能和服役性能起到至关重要的作用,当前检测角变形方式主要以人工测量为主,人工测量速度慢,受主观因素影响,因此,将线激光轮廓相机应用于焊接变形具有至关重要的意义。机器视觉技术的成熟发展使得无接触式测量方法可以对焊缝接头进行重建和分析,从而更完美地描述焊缝表面成型质量。这种方法的采用对研究焊接成型质量的检测具有重要意义。基于此,本文以矿用液压支架Q460高强钢多层多道焊作为研究对象,开展以下研究工作:首先,在原有的焊接平台上集成点云数据采集设备:原有的焊接平台由KUKA机器人、焊接电源、电弧焊枪和送丝机组成。为了在焊接时采集相应的点云数据,需要在原有的焊接平台上加装线激光轮廓相机用于获取点云数据。以KUKA机器人为载体,带动线激光轮廓相机沿焊接轨迹进行扫描,采集相应的点云数据。相机采集到的点云数据存在一定噪点,对原始点云进行滤波去除噪点,并根据不同处理场景,调整参数,删减采样过程中重复以及不必要的多余点,减少运算负担,加快后处理速度。随后,以过滤后的点云数据计算焊接产生的角变形:利用RANSAC平面分割方法分割母材两个平面方程,提出二次逼近RANSAC平面分割方法提高求解平面方程准确性,并使用空间中平面夹角计算公式,求解出每道焊缝导致的角变形量,验证通过角变形来查找不匹配工艺参数的焊道。根据获取到的角度值进行临近配准,运用SAC-IA和ICP融合配准算法,将所有焊缝坡口区域的点云图像进行配准。通过观察配准后的焊缝截面与实际焊缝分布,推断上层焊缝对下层焊缝的影响。其次,将所有扫描到的焊缝点云数据进行三维重建:根据焊缝点云数据的特点,采用MLS和贪婪投影三角化融合重建方法对焊缝进行曲面重建,避免单一重建算法出现过多孔洞和细节缺失,提高了曲面重建效果。最后,将算法集成到图形化操作界面,形成软件,便于操作和使用,并实现与相机连接功能,使编写的软件能够直接读取到点云数据,方便处理。

关键词：多层多道焊线激光扫描焊接角变形三维轮廓重建 pcl点云库

徕卡MS50在铁路隧道建筑限界检测中的应用开发

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测绘通报 2016年第9期 146-148页

作者：郭志广中铁三局集团山西天异测绘工程有限公司山西太原030002

铁路建筑限界是铁路安全运输的重要保证。本文基于徕卡MS50全站扫描仪对建设期铁路工程隧道进行了检测,探索了新的测量方法及数据处理方法,并结合MFC、pcl、VTK等技术开发了通用数据处理软件,实现了高效的断面提取、限界分析等功能。

关键词： MS50全站扫描仪隧道建筑限界点云数据处理 pcl点云库

三维激光扫描点云数据分类去噪及空洞修复算法研究

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三维激光扫描点云数据分类去噪及空洞修复算法研究

作者：陈雪荣长安大学

学位级别：硕士

三维激光扫描技术作为一种全新的测绘技术,采用非接触式的方式快速获取被测物体三维坐标信息。受偶然误差和系统误差的影响,三维激光扫描设备采集的点云数据中不可避免的掺杂着一些噪声数据,这些噪声数据如果不及时进行去除,不但会增加... 详细信息

三维激光扫描技术作为一种全新的测绘技术,采用非接触式的方式快速获取被测物体三维坐标信息。受偶然误差和系统误差的影响,三维激光扫描设备采集的点云数据中不可避免的掺杂着一些噪声数据,这些噪声数据如果不及时进行去除,不但会增加数据量,而且影响后期建模的精度以及数据处理效率;三维激光扫描点云数据噪声点通常分为两种,即远离点云主体的大尺度噪声和靠近点云主体、混杂在被测物体模型表面的小尺度噪声。目前所采用的大多数去噪算法都是利用相同的处理方法实现对不同类型的点云数据去噪,虽然能够实现对噪声点的去除,但是也会因此删除很多属于模型本身的尖锐特征造成过光顺问题,导致被测物体建模后失真。本文针对这种问题,提出针对不同类型点云噪声数据的分类去噪算法,实现点云数据的高效去噪。本文主要研究内容如下:(1)在点云去噪过程中,充分利用pcl点云库处理点云数据的优势,基于pcl中集成的点云滤波模块进行点云数据分类去噪。首先利用Statistical Outlier Removal滤波器、Radius Outlier Removal滤波器实现大尺度噪声的去除,然后通过改进BilateralFilter类中的双边滤波算法实现小尺度点云噪声的去除。最后应用具体的工程实例验证该分类去噪算法的可行性。(2)针对存在空洞的点云数据,利用RBF神经网络对需要处理的点云数据进行预测模拟,将点云实测值全部用网络预测值代替,实现点云数据的去噪。通过实例验证得出,该算法能够有效去除点云表面的噪声,保持点云模型的特征信息,在点云去噪过程中实现空洞修复,提高了点云数据处理的效率。

关键词：三维激光扫描点云分类去噪 pcl点云库 RBF神经网络

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基于Kinect点云的配准技术研究与实现

基于Kinect点云的配准技术研究与实现

作者：张辉山东科技大学

学位级别：硕士

三维点云模型再现了物体的位置、颜色和形状,所呈现的三维立体图形具有物理景深,显示效果丰富、生动,以低成本建立一个富有真实感的三维空间,解决了传统的建模软件所带来的耗时耗力以及效率低的问题,在文物保护、远程医疗、3D游戏等领... 详细信息

三维点云模型再现了物体的位置、颜色和形状,所呈现的三维立体图形具有物理景深,显示效果丰富、生动,以低成本建立一个富有真实感的三维空间,解决了传统的建模软件所带来的耗时耗力以及效率低的问题,在文物保护、远程医疗、3D游戏等领域有着广泛的应用。本文以Kinect传感器获取的点云数据为研究对象,对点云数据配准以及相关技术进行研究。结合Kinect for Windows SDK开发包,利用C++编程语言以及pcl点云库,设计了一套基于Kinect的点云配准系统。本文根据功能需求,将系统分为三大模块:点云数据获取、点云预处理、点云配准。在点云获取模块,利用Kinect for Windows SDK 2.0提供的接口函数来驱动Kinect设备进行扫描,获取带颜色的点云数据;在点云预处理模块,以获取的点云数据作为输入,先通过直通滤波的方式,提取出目标点云,其次通过半径滤波结合双边滤波的方式对噪声进行处理;在点云配准模块,以预处理后的点云数据作为输入,先采用本文提出的基于Hausdorff距离提取关键点的改进初始配准方法:进行体素化采样,然后计算每个点及其邻域点的Hausdorff距离,绘制其正态分布图,将点云分为关键点、非关键点,对关键点进行特征匹配及奇异值分解。得到配准的初值以后,采用一种BBF优化kdtree的优化ICP算法,完成两帧间点云模型的精确配准。最后采用针对不同视图中点云序列的多视图对齐算法,将不同视角下的点云统一到同一坐标系下,完成三维点云数据的全局配准。经测试,系统界面直观的展现了实验结果,且系统经过采集、预处理、配准最终得到洗衣液桶的三维点云模型。本系统所需Kinect设备成本低廉,具体步骤简单易行,具有一定的实用价值。

关键词：三维点云模型 Kinect pcl点云库点云配准

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基于车载激光雷达的地铁隧道形变分析及研究

基于车载激光雷达的地铁隧道形变分析及研究

作者：黄晓杰上海应用技术大学

学位级别：硕士

随着城市轨道交通行业的高速发展,各大城市的地铁线路逐渐增加。由于地铁客流量大、运行时间长的特点,地铁隧道的安全问题就显得尤为重要,需要对地铁隧道进行定期的形变检测。针对传统的人工检测方式人力成本高、检测周期长、检测精度... 详细信息

随着城市轨道交通行业的高速发展,各大城市的地铁线路逐渐增加。由于地铁客流量大、运行时间长的特点,地铁隧道的安全问题就显得尤为重要,需要对地铁隧道进行定期的形变检测。针对传统的人工检测方式人力成本高、检测周期长、检测精度低的特点,设计了一款便携式轨道检测车,其装载激光雷达对地铁隧道进行周期性的形变检测,此检测技术精度高、成本低且主动性强。本文针对轨道检测车进行介绍,以及对车载激光雷达扫描的地铁隧道点云数据的处理及地铁隧道形变分析展开研究。具体内容如下:对轨道检测车主要构成进行介绍,包括车体及传感器部分、数据采集部分以及数据处理部分。车载传感器分别为激光雷达、惯性导航系统、2D激光位移传感器以及编码器,各传感器相互配合,实现对地铁隧道及轨道的检测。车载激光雷达选用SICK LMS111型号的脉冲式激光雷达,对地铁隧道进行非接触式检测,扫描获取点云数据的二维坐标,结合编码器及惯性导航系统的信息,获取第三维坐标。对点云数据数据进行预处理,提出基于统计特征的滤波算法、半径滤波算法与双边滤波算法相结合的方法。结合使用基于统计特征的滤波算法与半径滤波的算法对激光雷达扫描数据的大尺度噪声进行滤除,利用双边滤波的算法进行小尺度噪声的平滑处理。利用三次B样条曲线拟合的算法对地铁隧道断面进行二维曲线拟合,在Visual Studio 2015环境下利用pcl点云库对所得到的点云数据进行三维建模,得到地铁隧道三维曲面的具体信息。针对地铁隧道形变分析方法的研究,分别提出地铁隧道整体形变分析方法及局部形变分析方法。结合隧道曲线及曲面的拟合结果,基于局部形变分析提出了一种基于最小距离投影法(Minimum Distance Projection,MDP)的二维断面及三维曲面的局部形变分析方法。在校内100米试验线进行现场隧道数据检测,经过与实际情况的对比验证,选取的形变分析方法可有效判断隧道形变与否以及得出具体形变量大小。

关键词：轨道检测车激光雷达隧道形变检测三次B样条 pcl点云库

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基于逆向工程的船体构件数字化检测方法研究

基于逆向工程的船体构件数字化检测方法研究

作者：杨小乐大连理工大学

学位级别：硕士

船舶的建造是一个工程量大、技术复杂的过程,建造一艘万吨级的船舶需要数万计的零部件,每个零部件的精度都将影响最终完工的船舶的质量。目前船厂对零部件的检验工作一般采用手工对样方法,然而手工对样方法不仅费时费力而且工作效率很低... 详细信息

船舶的建造是一个工程量大、技术复杂的过程,建造一艘万吨级的船舶需要数万计的零部件,每个零部件的精度都将影响最终完工的船舶的质量。目前船厂对零部件的检验工作一般采用手工对样方法,然而手工对样方法不仅费时费力而且工作效率很低,因此有必要对船体构件的检测方法进行改进。逆向工程的出现加快了制造业发展的步伐,逆向工程技术在很多行业已经得到了广泛的应用,由于船体构件的复杂多样性,所以将逆向工程技术应用到船舶领域还比较困难,为了提高船体构件的检测效率和船舶的建造质量,本文将逆向工程应用到船体构件的检测中,研究了基于逆向工程的船体构件数字化检测方法。本文针对多视点云的拼接、点云精简去噪、曲面重构以及数字化检测等内容进行了研究。本文首先对三维扫描设备进行了研究,了解了三维扫描设备的测量方法和工作方式,获得了具有精度较高的船体曲面板和船体分段的三维点云数据。根据获得的船体曲面板和船体分段的点云数据,对其进行了点云对齐、去噪、平滑、精简等工作。采用基于几何特征的方法完成了船体曲面板的拼接,利用统计滤波和半径滤波的方法对船体曲面板和船体分段的点云数据进行了去噪处理,采用高斯滤波器对船体曲面板和船体分段的点云数据进行了平滑光顺,通过体素滤波器和CATIA的点云过滤功能对船体曲面板和船体分段的点云数据进行了精简处理,利用ICP算法完成了点云与原设计模型的配准工作后,进而完成了对船体曲面板和船体分段的精度分析。在船体曲面板的重构工作上,本文充分利用了CATIA的曲面造型功能,采用放样曲面、拟合自由曲面以及自动拟合曲面三种方式对船体曲面板进行了曲面重建,并对三种曲面重构方式的精度进行了分析,选取了精度最高的曲面重构方式用于船体曲面板的光顺性分析。对于船体分段的曲面重构,本文利用自动曲面化功能完成了船体分段点云数据的模型重构。通过对重构后的船体曲面板和船体分段进行精度分析,给出重构曲面精度评价。最后利用VB编程语言对pcl点云库中的去噪、平滑、精简等算法进行了调用,并对点云的重构、精度以及光顺性的分析进行了开发汇总,开发了船体构件的数字化检测系统。本文充分利用了pcl点云库中的点云处理算法以及逆向建模软件,将逆向工程应用到了船体构件的检测中,为船体构件的检测提供了一种可行的方法,在实际应用中具有一定的参考价值。

关键词：逆向工程 pcl点云库船体曲面板船体分段 VB编程数字化检测

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高效石材浮雕刀具路径规划研究

高效石材浮雕刀具路径规划研究

作者：毛敏沈阳建筑大学

学位级别：硕士

随着我国经济的飞速发展以及人们物质生活的极大丰富和提高,人们对石材雕刻制品的需求量也在不断的增长,特别是浮雕制品在建筑装潢、广告业等领域被应用广泛,人们对浮雕制品的造型美感以及加工的精度要求也越来越高,雕刻行业作为制造业... 详细信息

随着我国经济的飞速发展以及人们物质生活的极大丰富和提高,人们对石材雕刻制品的需求量也在不断的增长,特别是浮雕制品在建筑装潢、广告业等领域被应用广泛,人们对浮雕制品的造型美感以及加工的精度要求也越来越高,雕刻行业作为制造业的一部分,已经纳入了提升产品附加值的一个重要的行业。个性化的定制、小批量的生产是异型石材制品加工发展的必然趋势,石材浮雕的建模以及数控加工技术得到了广泛的关注。对于表面形貌复杂、各几何形状不规则的异型石材浮雕制品,如何在满足加工要求的前提下使用数控加工技术更好更快地将其批量生产,是一个值得深入研究的课题。刀具轨迹规划是数控加工技术中的核心,如何快速、有效地生成刀具轨迹将直接影响到数控加工的可行性、加工精度和加工效率。目前的石材浮雕的数控加工办法是直接对整个浮雕曲面采用单一刀轨方法进行精加工,这种方法编程计算较为简单,但是所使用的刀具受浮雕表面最小曲率半径所限制,所使用的刀具半径较小,切削力不足,刀轨数量多,从而导致加工效率较低。倘若能依据石材浮雕的表面几何特征,对复杂表面进行曲面分片,将表面几何特征相似的曲面片进行分类,归为若干曲面片族,对不同的曲面片族自适应地采用不同刀具及刀具轨迹生成算法,对各个曲面片族进行加工,可大幅提高石材浮雕的加工效率。在对复杂曲面几何特征参数和加工特征参数计算并分析的基础上,提出一种基于K-d树的K最近邻算法对复杂曲面进行分片规划,将复杂加工曲面划分为一系列曲面特征和加工特征相近或相似的子加工曲面区域,对每个子加工曲面区域都自适应地选择最适合的刀具类型、刀具参数和刀具轨迹生成方法。对曲率变化极小的平坦子加工区域采用等参数线法生成刀具轨迹,对曲率变大较大的表面几何形状不规则的子加工区域采用更高效的等残留高度算法生成刀具轨迹。使用C++作为编程工具,基于pcl点云库技术开发并实现本文所提出的复杂曲面分片规划算法,然后使用Matlab编程并计算生成刀具加工路径。通过对本文仿真实验的结果进行分析对比可得出结论,本文方法生成的刀具路径相比传统的单一刀轨方法生成的加工路径,路径总条数和路径总长度都明显减少,实验结果表明,本文算法可以在保证加工精度的前提下有效提高浮雕曲面的加工效率。

关键词：石材浮雕曲面分片等残留高度法 pcl点云库数控加工

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基于无人机影像的铁路线路环境识别技术研究

基于无人机影像的铁路线路环境识别技术研究

作者：张森兰州交通大学

学位级别：硕士

通过无人机机载相机或激光雷达获取铁路线路环境数据,数据实时、连续、快速、空间信息丰富,是目前铁路勘测领域的研究热点。但在实体建模的数据后处理过程中,所获得的海量图像或图形数据对铁路线路的专业化应用造成了较大的限制,从丰富... 详细信息

通过无人机机载相机或激光雷达获取铁路线路环境数据,数据实时、连续、快速、空间信息丰富,是目前铁路勘测领域的研究热点。但在实体建模的数据后处理过程中,所获得的海量图像或图形数据对铁路线路的专业化应用造成了较大的限制,从丰富的铁路线路环境数据中提取正向线路设计信息是新技术专业化应用的重点,其中钢轨局部数据快速封装和识别是难点。因此研究如何保证建模精度和速度为前提下,对铁路钢轨点云数据进行轻量化预处理对整个铁路线路环境识别具有实际意义。本文针对图像和图形两种数据源,在通用铁路线路点云后处理方法的基础上,基于Windows操作系统,结合pcl点云库技术改进算法,进行了线路点云二次开发。实现铁路线路环境下钢轨点云自动分割;进而,结合钢轨截面几何特性和线路特性进行了钢轨点云快速封装算法设计。经过预处理的线路点云模型在数据精度满足工程需要的前提下,可快速识别钢轨,实现了轨道模型的轻量化。针对上述研究工作,本文所做具体工作如下:(1)对铁路线路研究区域的连续数据分别基于图像和图形数据源进行分割处理。分析研究分割通用方法的实际效果,结合pcl点云库设计钢轨点云数据分割算法,可以从整体铁路线路数据中快速自动分割出阈值区间中的钢轨点云数据。(2)基于vs2017+pcl开源平台,结合钢轨截面几何特性,通过钢轨点云数据通用封装方法分析,提出基于钢轨截面特性的钢轨点云数据封装方法。(3)工程实例算法验证。利用iFly D1无人机挂载iCam Q5mini倾斜摄影测量系统获取敦格某段线路区域影像数据并封装钢轨模型,采用分割和封装算法对线路点云进行了数据预处理,实现了钢轨实体的快速建模,精度符合工程要求。实例结果表明,钢轨点云快速分割及封装算法是有效的。基于此方法可实现基于无人机影像的线路长距离钢轨点云数据识别。

关键词：无人机点云 pcl点云库封装识别