基于總體最小二乘的點(diǎn)云三維配準(zhǔn)及改進(jìn)的ICP算法研究.pdf

1、三維激光掃描儀作為一種新興的測量手段，可以快速高效地獲取實(shí)物或場景的三維點(diǎn)云信息。本文針對三維激光掃描點(diǎn)云拼接的核心問題，研究探討了基于總體最小二乘和抗差估計的點(diǎn)云數(shù)據(jù)三維配準(zhǔn)方法，并基于多元總體最小二乘理論研究改進(jìn)了的迭代最近點(diǎn)算法（ICP），有效提高了配準(zhǔn)的效率和穩(wěn)健性。
　　1.研究基于總體最小二乘附有限制條件的三維基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換模型及其抗差算法。在論述杠桿觀測值及其對抗差權(quán)函數(shù)和總體最小二乘模型的影響，并公式推導(dǎo)影響存在性的基礎(chǔ)

2、上，構(gòu)建了面向三維坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的三種抗差權(quán)函數(shù)：Huber、顧及杠桿觀測值的IGG和IGGⅢ。實(shí)驗(yàn)研究表明基于總體最小二乘的模型精度優(yōu)于最小二乘模型，IGG權(quán)函數(shù)和IGGⅢ權(quán)函數(shù)抗差效果優(yōu)于Huber。
　　2.引入多元總體最小二乘算法，研究了基于多元總體最小二乘的三維基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換模型及其抗差算法。針對附有限制條件的三維基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換模型中存在的模型誤差和病態(tài)問題，結(jié)合重心化后三維基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換模型函數(shù)前后對稱的特點(diǎn)，建立了基于多元總體最小二乘三維基

3、準(zhǔn)轉(zhuǎn)換模型，實(shí)現(xiàn)了模型抗差計算。驗(yàn)證表明，基于多元總體最小二乘的求解模型比傳統(tǒng)的求解轉(zhuǎn)換參數(shù)的模型精度更優(yōu)，且計算過程效率較高；
　　3.在三維點(diǎn)云拼接過程中，提出利用多元總體最小二乘改進(jìn)ICP算法并推證了算法的可行性和有效性。研究通過主元分析法獲取點(diǎn)云間的初始位置，利用KD-Tree進(jìn)行最近點(diǎn)搜索，基于改進(jìn)的ICP算法實(shí)現(xiàn)剛體轉(zhuǎn)換參數(shù)的求解。實(shí)驗(yàn)研究表明，改進(jìn)的ICP算法計算效率優(yōu)于基于四元數(shù)法ICP算法，在保證精度的前提下，提