三維點(diǎn)云自動(dòng)拼接算法研究.pdf

1、隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷更新升級(jí)和硬件設(shè)備的發(fā)展，計(jì)算設(shè)備處理數(shù)據(jù)的能力得到不斷加強(qiáng)，使得以前不能夠處理的信息成為可能，比如三維數(shù)據(jù)。從而也推動(dòng)了三維數(shù)據(jù)處理技術(shù)的不斷向前發(fā)展，不斷向日常應(yīng)用延生，在各行各業(yè)發(fā)光發(fā)熱。例如：3D電影制作、醫(yī)學(xué)圖像處理、逆向工程、文物古跡保護(hù)工作、3D打印設(shè)備制造等。其中逆向工程技術(shù)在各行各業(yè)工程應(yīng)用中尤其廣泛，是現(xiàn)代工業(yè)設(shè)計(jì)和制造必備技術(shù)之一。點(diǎn)云配準(zhǔn)技術(shù)是逆向工程的重要一環(huán)也是難點(diǎn)之一，點(diǎn)云間的貼合程度將

2、直接影響整體三維模型的精度，因此成為學(xué)術(shù)界研究熱點(diǎn)。通常受點(diǎn)云獲取設(shè)備鏡頭角度以及三維物體本身形狀的影響，很難一次取得物體360度的全部數(shù)據(jù)。業(yè)界通常做法為通過(guò)多次從不同角度獲取三維物體點(diǎn)云數(shù)據(jù)，然后通過(guò)點(diǎn)云配準(zhǔn)算法把各視角點(diǎn)云拼接為完整點(diǎn)云數(shù)據(jù)。點(diǎn)云配準(zhǔn)實(shí)質(zhì)就是把多片不同坐標(biāo)系下的同一物體點(diǎn)云移動(dòng)到一個(gè)共同的坐標(biāo)系下的過(guò)程。點(diǎn)云配準(zhǔn)有手動(dòng)配準(zhǔn)和自動(dòng)配準(zhǔn)之分，通常所說(shuō)點(diǎn)云配準(zhǔn)算法為自動(dòng)配準(zhǔn)算法。自動(dòng)配準(zhǔn)算法又可以分為局部配準(zhǔn)算法和全局配

3、準(zhǔn)算法，全局配準(zhǔn)算法通常精度較高和抗噪性能較好，但往往需要點(diǎn)云有較好的初始位姿并且需要處理數(shù)據(jù)較多所以需要耗費(fèi)更多的時(shí)間，代表算法有ICP算法和遺傳算法等。局部算法速度快但精度稍差，常用的算法有基于幾何特征的一類(lèi)算法。兩種算法各有優(yōu)點(diǎn)及相應(yīng)缺陷，當(dāng)前較為成熟算法通常把兩類(lèi)算法組合在一起進(jìn)行使用，即通過(guò)局部算法進(jìn)行粗配準(zhǔn)，為精配準(zhǔn)提供初始值，精配準(zhǔn)則負(fù)責(zé)提高最終配準(zhǔn)精度。
　　本文從點(diǎn)云配準(zhǔn)過(guò)程中需要的最基礎(chǔ)知識(shí)入手，詳細(xì)推導(dǎo)了本文

4、中需要用到的基礎(chǔ)內(nèi)容，比如組成變換矩陣的各種剛體間的平移變換，計(jì)算變換矩陣需要用到的奇異值法和四元素法的基礎(chǔ)理論，以及在點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理過(guò)程中運(yùn)用最頻繁的kd-tree搜索方法。對(duì)當(dāng)今經(jīng)典的粗配準(zhǔn)算法和精配準(zhǔn)算法進(jìn)行了分析和論述，給出了每一種算法的詳細(xì)推導(dǎo)過(guò)程，指出了各種配準(zhǔn)方法的適用范圍和局限性。在總結(jié)了大量?jī)?yōu)秀算法基礎(chǔ)上，文中設(shè)計(jì)了一種新的基于曲面擬合特征的點(diǎn)云快速配準(zhǔn)方法，設(shè)計(jì)的以多鄰域曲率差異值作為篩選關(guān)鍵點(diǎn)依據(jù)的方法，有效去除噪聲