ICP算法的改進(jìn)及大規(guī)模點(diǎn)云配準(zhǔn)方法的研究.pdf

1、三維點(diǎn)云配準(zhǔn)技術(shù)是三維重建過程中的一個(gè)重要組成部分，在各個(gè)領(lǐng)域都有十分廣泛的應(yīng)用前景。比如在工業(yè)領(lǐng)域中，可以用它來檢測物體零部件是否存在缺陷;在醫(yī)療行業(yè)中，可以用它來模擬人體器官并找出病人的病灶所在等。近些年，隨著三維掃描設(shè)備的精度不斷提高，要想得到物體精確的三維模型已經(jīng)變得非常容易。因此，三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)配準(zhǔn)算法的研究也逐漸成為人們研究的重點(diǎn)。點(diǎn)云數(shù)據(jù)配準(zhǔn)的過程就是把分次測量得到的不同角度、不同參考坐標(biāo)系下的兩個(gè)或多個(gè)點(diǎn)云數(shù)據(jù)通過一定的旋

2、轉(zhuǎn)和平移變換，將它們統(tǒng)一到相同的坐標(biāo)系下，從而獲得物體的完整信息并對物體進(jìn)行一系列的可視化操作。目前已有的點(diǎn)云配準(zhǔn)算法主要存在兩方面的問題:一方面，傳統(tǒng)ICP（迭代最近點(diǎn)）算法雖然在一定程度上能夠滿足人們對實(shí)驗(yàn)的要求，但它在選取對應(yīng)點(diǎn)時(shí)，簡單的將兩個(gè)待匹配點(diǎn)云中歐氏距離最近的點(diǎn)作為對應(yīng)點(diǎn)，這樣會造成一定的錯(cuò)配點(diǎn)產(chǎn)生，從而影響算法配準(zhǔn)的精度;另一方面，當(dāng)點(diǎn)云數(shù)據(jù)的規(guī)模較大時(shí)，配準(zhǔn)過程中會消耗大量的時(shí)間，造成配準(zhǔn)算法實(shí)時(shí)性較差的問題。針對這

3、些問題，本文主要從以下幾點(diǎn)進(jìn)行研究:
　　(1)本文深入了解了傳統(tǒng)ICP算法及其相關(guān)改進(jìn)算法的配準(zhǔn)過程及存在的一些問題，并在此基礎(chǔ)上提出了基于旋轉(zhuǎn)圖像特征描述子改進(jìn)的ICP算法。該算法在配準(zhǔn)前首先對待匹配點(diǎn)云進(jìn)行了濾波處理，在減少點(diǎn)云數(shù)據(jù)量的同時(shí)還保持點(diǎn)云的基本形狀特征。然后找出兩個(gè)點(diǎn)云的關(guān)鍵點(diǎn)，分別求出待匹配點(diǎn)云關(guān)鍵點(diǎn)的旋轉(zhuǎn)圖像特征描述子，并根據(jù)兩個(gè)特征描述子的特征相似程度來確定最近點(diǎn)進(jìn)而完成ICP配準(zhǔn)，得到了較好的收斂效果。<

4、br>　　(2)為了有效解決點(diǎn)云規(guī)模較大時(shí)，配準(zhǔn)實(shí)時(shí)性較差的問題，本文深入了解了基于GPU（圖形處理單元）的點(diǎn)云并行配準(zhǔn)算法。詳細(xì)介紹了EM-ICP算法和Softassign算法的配準(zhǔn)過程，并結(jié)合GPU，實(shí)現(xiàn)了基于GPU的EM-ICP和Softassign并行配準(zhǔn)算法，大幅度提高了點(diǎn)云的配準(zhǔn)的效率，提高了算法的實(shí)時(shí)性。
　　(3)在本文提出的改進(jìn)算法的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于改進(jìn)ICP算法的點(diǎn)云配準(zhǔn)系統(tǒng)，并通過編程的方式詳細(xì)設(shè)計(jì)和分