基于kd-tree加速的點(diǎn)云數(shù)據(jù)配準(zhǔn)技術(shù)研究.pdf

1、近年來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，如何高效地對(duì)真實(shí)世界進(jìn)行虛擬重現(xiàn)，如何將真實(shí)物體進(jìn)行三維建模，對(duì)于建立數(shù)字化、可視化社會(huì)有著重要的意義，相關(guān)技術(shù)也成為當(dāng)前國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究的熱點(diǎn)。
　　 激光三維掃描技術(shù)在三維重建方面發(fā)揮著重要的作用，在逆向工程、工業(yè)測(cè)量等領(lǐng)域，通過激光三維掃描技術(shù)快速獲取被測(cè)物體的三維信息，經(jīng)過相關(guān)技術(shù)處理可以重現(xiàn)物體三維模型，從而可以清楚的描述物體的屬性，為進(jìn)一步研究和使用被測(cè)物體奠定基礎(chǔ)。其技術(shù)主要集中在數(shù)據(jù)

2、的預(yù)處理及數(shù)據(jù)配準(zhǔn)方面，目前各種數(shù)據(jù)預(yù)處理技術(shù)已經(jīng)發(fā)展的很成熟，而在配準(zhǔn)技術(shù)方面，如何提高數(shù)據(jù)的配準(zhǔn)速度和配準(zhǔn)精度，仍然是研究熱點(diǎn)。
　　 通過三維掃描技術(shù)可以獲取大量的物體三維數(shù)據(jù)，由于這些數(shù)據(jù)通過掃描而得，因此其分布具有不規(guī)則性，有效組織管理這些散亂的數(shù)據(jù)可以提高數(shù)據(jù)的搜索效率，在眾多數(shù)據(jù)組織方法的研究中，kd-tree是新的研究熱點(diǎn)。kd-tree與一般樹形結(jié)構(gòu)類似，能高效的對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)管理及搜索，它們的不同在于kd-t

3、ree更適合散亂不規(guī)則的點(diǎn)云數(shù)據(jù)。因此，在由三維掃描技術(shù)獲取的點(diǎn)云數(shù)據(jù)領(lǐng)域，基于kd-tree的數(shù)據(jù)組織應(yīng)用越來(lái)越廣泛。海量的點(diǎn)云數(shù)據(jù)也給一般的數(shù)據(jù)配準(zhǔn)方法帶來(lái)了巨大的麻煩，如存在配準(zhǔn)速度慢，配準(zhǔn)精度低等問題。本文針對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)的組織管理以及數(shù)據(jù)配準(zhǔn)方面遇到的問題，研究如何組織管理數(shù)據(jù)來(lái)提高數(shù)據(jù)的搜索效率以及配準(zhǔn)速度。
　　 首先，本文通過激光三維掃描儀獲取點(diǎn)云數(shù)據(jù)，分析點(diǎn)云數(shù)據(jù)相比其他三維數(shù)據(jù)的不同之處，研究目前常用的數(shù)據(jù)組織方

4、法對(duì)散亂不規(guī)則點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行管理存在的問題，并提出使用kd-tree樹形結(jié)構(gòu)對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行組織管理。
　　 然后，探索kd-tree對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)組織管理的方法，分析了kd-tree如何對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢、插入、刪除等操作。并研究了通過kd-tree組織數(shù)據(jù)，在進(jìn)行點(diǎn)云數(shù)據(jù)搜索，尤其是點(diǎn)云鄰域搜索時(shí)具有的優(yōu)勢(shì)。通過實(shí)驗(yàn)表明，利用kd-tree對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)管理，不僅有利于對(duì)散亂數(shù)據(jù)進(jìn)行有效組織，還可以提高對(duì)數(shù)據(jù)的搜索效率。

5、　　 最后，本文介紹了三維空間數(shù)據(jù)配準(zhǔn)需要了解的基本知識(shí)，分析傳統(tǒng)ICP配準(zhǔn)算法的數(shù)據(jù)配準(zhǔn)機(jī)制，研究ICP算法在海量點(diǎn)云數(shù)據(jù)配準(zhǔn)中存在的問題。將kd-tree對(duì)數(shù)據(jù)組織管理的算法與傳統(tǒng)的ICP數(shù)據(jù)配準(zhǔn)算法相結(jié)合，利用基于kd-tree結(jié)構(gòu)可以對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)快速搜索的優(yōu)勢(shì)，代替?zhèn)鹘y(tǒng)ICP算法的迭代搜索過程，改進(jìn)ICP算法。模擬實(shí)驗(yàn)表明，通過對(duì)ICP算法進(jìn)行加速，提高了該算法的配準(zhǔn)速度和配準(zhǔn)精度，使該算法應(yīng)用性更強(qiáng)。本文最后設(shè)計(jì)了點(diǎn)云數(shù)據(jù)配準(zhǔn)