點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理與特征識(shí)別關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、隨著三維掃描技術(shù)快速發(fā)展，點(diǎn)云數(shù)據(jù)在工程和眾多生活領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用的同時(shí)，給點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理與模型重構(gòu)提出了更高要求。無(wú)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)點(diǎn)云數(shù)據(jù)蘊(yùn)含原始設(shè)計(jì)意圖與特征信息，精度數(shù)據(jù)處理、精確特征識(shí)別既是點(diǎn)云數(shù)據(jù)得以深入應(yīng)用的基本要求，也是點(diǎn)云數(shù)據(jù)應(yīng)用面臨的挑戰(zhàn)。本文針對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)特征識(shí)別的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究，主要工作如下:
　　(1)點(diǎn)云數(shù)據(jù)量隨掃描儀精度提高越來(lái)越大，針對(duì)大規(guī)模點(diǎn)云k最近鄰點(diǎn)搜索性能問(wèn)題，提出了一種直接提取的k最近鄰點(diǎn)搜索算法

2、。該算法利用點(diǎn)鄰域空間重疊特性，在向量?jī)?nèi)積替代距離計(jì)算基礎(chǔ)上，通過(guò)設(shè)計(jì)提取判別準(zhǔn)則，直接從反最近鄰點(diǎn)的鄰域中提取鄰近數(shù)據(jù)點(diǎn)，該算法提高了點(diǎn)云數(shù)據(jù)k最近鄰點(diǎn)搜索性能。
　　(2)點(diǎn)云數(shù)據(jù)非均勻性和各向異性特征明顯，針對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)測(cè)地路徑生成問(wèn)題，提出了一種基于非均勻網(wǎng)格化和正向跟蹤的測(cè)地路徑生成方法。該方法通過(guò)選擇主行進(jìn)方向，確定主行進(jìn)區(qū)域，減小網(wǎng)格規(guī)模、網(wǎng)格計(jì)算時(shí)間和路徑跟蹤時(shí)間。非均勻網(wǎng)格化路徑兩端點(diǎn)間的主行進(jìn)區(qū)域，構(gòu)建基于單向非

3、均勻緊致差分的快速行進(jìn)法提高網(wǎng)格計(jì)算精度。利用測(cè)地線正定向條件和測(cè)地線性質(zhì)，正向跟蹤生成測(cè)地路徑，同時(shí)獲得路徑上各點(diǎn)主法向量。該方法提高了非均勻點(diǎn)云及尖銳特征的測(cè)地路徑精度，解決了反向跟蹤方法因跨越網(wǎng)格邊界，導(dǎo)致路徑跟蹤失敗的問(wèn)題。
　　(3)法線通常通過(guò)選擇有效鄰域點(diǎn)擬合微切平面得到，針對(duì)點(diǎn)云法線估算問(wèn)題，提出了一種基于測(cè)地路徑的法線估算方法。該方法利用測(cè)地線主法向量與曲面法向平行性質(zhì)，以當(dāng)前點(diǎn)為路徑起點(diǎn)，從全域范圍內(nèi)快速搜索遞

4、進(jìn)鄰近點(diǎn)作為路徑終點(diǎn)，生成兩條測(cè)地路徑。分別擬合兩路徑上各點(diǎn)的主法向量，得到點(diǎn)云模型法平面，以兩法平面的交線近似點(diǎn)云法線。該方法實(shí)現(xiàn)了點(diǎn)云及尖銳特征的法線估算，解決了尖銳特征鄰域點(diǎn)難以選擇的問(wèn)題。
　　(4)特征提取需要估算諸如曲率等幾何屬性并判斷變化趨勢(shì)。針對(duì)點(diǎn)云特征提取問(wèn)題，提出了一種基于Laplace算子的特征點(diǎn)提取算法。以當(dāng)前點(diǎn)為球心構(gòu)建局部球坐標(biāo)系，將相近坐標(biāo)點(diǎn)分組構(gòu)成潛在特征線并排序。基于離散Laplace算子構(gòu)建特征

5、檢測(cè)模型，標(biāo)識(shí)潛在特征點(diǎn)的連接順序和潛在特征線的連接區(qū)域，提取點(diǎn)云特征。該方法實(shí)現(xiàn)了特征點(diǎn)檢測(cè)和特征線提取，避免了幾何屬性復(fù)雜計(jì)算，提高了尖銳特征附近區(qū)域特征點(diǎn)提取可靠性，解決了數(shù)據(jù)點(diǎn)之間幾何屬性無(wú)序比較導(dǎo)致特征線重建困難的問(wèn)題。
　　(5)從無(wú)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)點(diǎn)云數(shù)據(jù)識(shí)別曲面幾何形狀并提取幾何參數(shù)是點(diǎn)云曲面特征識(shí)別的核心。針對(duì)點(diǎn)云曲面特征識(shí)別問(wèn)題，提出了采用高斯映射結(jié)合特征分析的基本圖元形狀識(shí)別方法。對(duì)高斯映射進(jìn)行特征分析，把圖元曲面分