基于RANSAC算法的稳健点云平面拟合方法

针对点云平面拟合中存在粗差及异常值等问题,对结合特征值法的随机抽样一致性(random sample consensus,RANSAC)平面拟合算法进行了改进。该方法以RANSAC算法为基础,结合特征值法,利用点到平面模型距离的标准偏差来自动选取阈值t,通过阈值t检测并剔除异常数据点,达到获得理想平面拟合参数的目的。用改进的算法和传统的特征值法分别对点云数据进行处理,结果表明,改进的算法适用于存在误差和异常值的点云数据拟合,能稳定地获得较好的平面参数估值,具有较强的鲁棒性。     

基于随机抽样一致性算法的稳健点云平面拟合方法

针对点云数据平面拟合过程中存在粗差及异常值等问题,文章提出一种基于随机抽样一致性算法(RANSAC)的稳健平面拟合方法。该方法以RANSAC算法为基础并结合特征值法,通过设置一定的准则,剔除点云数据中存在的粗差及异常值,达到获得理想平面拟合参数的目的。运用此算法对仿真数据及实测数据进行平面拟合,并与传统算法进行比较,结果表明该方法可以很好地适应于点云数据中存在粗差及异常值的情况,获得较好的平面参数估计值,是一种稳健的平面拟合算法。     

三种点云数据平面拟合方法的精度比较与分析

详细地介绍了基于最小二乘法、特征值法及总体最小二乘法的点云数据平面拟合方法。通过Matlab编制其算法程序,对模拟的等精度与不等精度点云仿真数据进行计算,结合算例对比分析了3种方法的点云平面拟合效果。拟合结果表明:3种方法在等精度点云平面拟合中的效果较好,在不等精度点云平面拟合中的效果较差,且特征值法与总体最小二乘法的点云平面拟合精度远高于最小二乘法。     

基于主成分分析的点云平面拟合技术研究

针对点云数据易受到噪声的扰动,导致拟合的平面不稳定的特点,将主成分分析法应用到点云平面拟合中。首先选取合适的邻域以拟合点云,剔除一些孤立点;再以主成分分析原理为基础,通过一定的准则去除粗差点,获取稳定准确的最佳平面方程。在实验中,分别利用最小二乘法、特征值法和主成分分析法对点云数据进行拟合,结果显示该方法能够有效剔除噪声点,得到可靠的平面参数估值。     

基于共面条件的点云配准旋转角参数求解方法

针对目前LiDAR获取的点云数据配准中ICP算法迭代计算效率较低和使用标靶配准时精扫标靶费时费力等问题,提出利用扫描地物所包含的平面特征及点云数据的离散特性,通过拟合平面得到平面的单位法向量进行旋转角的求解.由于点云数据中含有误差,使用拟合平面的法向量不仅避免了对标靶的精细扫描,而且也消弱了点云误差对转换参数的影响.最后通过实例验证了本文方法的可行性与严密性.     

多源数据融合的三维点云特征面分割和拟合一体化方法

针对单纯利用三维激光点云信息不足的问题,提出融合多源数据对三维激光扫描仪获取的点云数据进行特征拟合的方法。根据地面点云及对应的扫描仪参数生成反射值影像;以反射值影像分割结果作为种子面,基于随机抽样一致性方法分割与拟合一体化;融合彩色影像提取的直线信息确定和验证拟合特征的边界。采用RIEGL VZ-400获取的建筑物点云数据进行了特征拟合试验,证明了该方法的有效性。     

稳健加权总体最小二乘的点云数据平面拟合

针对观测向量和系数矩阵均含有误差以及点云数据存在异常点的问题,该文提出一种稳健加权总体最小二乘法。该方法在加权总体最小二乘的基础上,通过设置一定的准则,剔除点云数据中存在的异常点,以获取更为精确的平面拟合参数解。仿真模拟算例和实际点云数据实验结果表明,该方法与传统的方法相比,能够消除异常点带来的影响,获得更精确的参数解,平面拟合精度更高。     

一种改进的最小二乘平面拟合算法

针对点云平面拟合中存在离群点和噪声点等问题,从概率分析的角度提出了一种改进的最小二乘平面拟合算法。该算法基于概率统计思想,采用中位数法筛选最佳初始平面模型,并利用迭代最小二乘法剔除离群点,逐步优化模型,从而获取最佳平面。运用不同的迭代方法对仿真数据和实测数据进行平面拟合,实验结果表明:当点云存在高离群率和大离群幅时,相比于其他迭代方法,本文算法仍可以准确地拟合出最佳平面。     

基于RANSAC算法的隧道点云横断面提取

针对最小二乘法对所有点（包括"局外点"）拟合难以得到最佳线性参数的问题,本文基于RANSAC算法对观测值随机抽样进行参数估算,判断符合模型的"内部点"为一致集,并通过迭代得到足够的一致集,最后设计试验验证该算法的适用性;对隧道点云采用基于中轴线方法进行边界提取,以及三维激光扫描用于生产实践提供参考意义。     

基于平面特征的地面雷达点云配准算法

针对地面LiDAR点云配准中不同坐标系点云数据存在对应的平面特征不同的问题,文章提出了一种基于总体最小二乘的地面LiDAR点云数据配准算法:通过对分割后的点云数据平面拟合,得到相应法向量;根据不同坐标系中LiDAR点云数据对应的平面法向量,利用反对称矩阵和罗德里格矩阵的性质,用3个独立参数代替3个旋转参数,采用总体最小二乘法建立旋转矩阵解算模型;采用总体最小二乘法确定平移参数的计算公式;最后根据转换后特征点云与对应平面点云的重复情况,给出了配准模型的精度公式。实验结果表明该方法精度较高,可以取得较好的点云配准效果,适合于含有大量重复平面特征的点云数据的配准。     

机载激光点云数据中分裂导线自动提取和重建

针对电力线精细重建问题,该文从分裂导线的空间分布特点出发,提出一种从机载激光点云数据中自动提取并精细重建分裂导线的方法,即在提取单根导线或地线点云的基础上,对分裂导线点云基于二分法提取每根分裂子导线点云,并采用随机抽样一致性算法对电力线分别在XOY平面进行二维直线拟合、在某垂直平面进行悬链线拟合。实验数据表明,该方法具有鲁棒性好、拟合精度高等特点,能精细地重建出每根分裂子导线。     

一种基于点云法向量的基准特征提取与倾斜分析方法

针对目前将三维激光扫描技术应用于变形监测领域存在基准特征难以提取、点云数据分析缺乏适用的方法等问题，本文提出了一种基于点云法向量的基准特征提取与形变分析方法。首先利用局部平面拟合方法获得点云的法向量，并沿点云法矢方向探测基准点；然后利用三次B样条曲线对探测的正确基准点进行拟合；最后根据拟合曲线计算基准高程和对径点倾斜角分析基准特征形变信息。对某化工厂的罐体点云数据进行基准特征提取结果表明，该方法可以快速、全面地获取监测对象的整体信息，且能够正确分析监测对象的基准形变。     

一种混合曲面散乱点云曲率计算方法

针对局部点云曲面拟合过程中系数矩阵容易出现病态等问题,本文利用局部点云与切平面的夹角特性,对曲面拟合方程的权阵进行修正,并在此基础上,提出了基于三次曲面和四次曲面拟合的混合曲面散乱点云曲率计算方法,同时通过统计分析圆环面和球面的曲率计算值和真值差别,证实了该算法不仅精度高,且错误率低。     

方差膨胀的稳健加权总体最小二乘点云平面拟合

为了提高平面拟合精度,本文采用总体最小二乘求解平面拟合参数。同时考虑到点云数据中含有的粗差点可能影响点云平面拟合的精度,提出了方差膨胀的稳健加权总体最小二乘。本文通过选取IGG权函数将点云数据分为3段,并引入中位数对IGG权函数进行改进,可以更准确地探测粗差。考虑到点云数据中x、y、z这3个方向的误差并不是等精度,计算了点位的协方差矩阵,使得x、y、z这3个方向的误差分配更加合理。通过实例表明,本文的方法不仅可以消除粗差点的影响,还能减弱可疑点的影响,得到更为准确的平面拟合参数,提高了平面拟合精度。     

平面特征的多站地面激光雷达点云配准

为了进一步研究建筑物密集区域多站地面激光雷达(LiDAR)点云数据的配准问题,该文提出一种基于平面特征的地面LiDAR数据配准方法:对点云数据进行分割获取平面信息;人工选择典型的平面,对相应的点云数据进行平面拟合,得到相应法向量;利用罗德里格矩阵的性质,建立三维激光扫描数据配准模型。实验结果表明,该方法的配准精度较高、计算速度快,可以取得较好的点云配准效果。     

隧道断面截取曲面拟合优化的点云简化方法

为了提高变形监测中地铁隧道断面点截取的效率,文章提出了基于kd-tree和法向量估计的局部点云简化方法,对BaySAC算法的三维激光点云二次参数曲面拟合方法进行改进:利用kd-tree建立点云数据的空间拓扑关系,计算出每个数据点的k邻域;然后使用平面拟合方法获取法矢量;最后根据点云数据法矢量变化程度,采用法矢量自适应得到压缩后的点云数据。实验证明该方法既能较大程度地简化点云,简化结果比较均匀,又具有不破坏细小特征的特点,进一步改进了BaySAC算法的二次参数曲面拟合方法。     

利用LMedS算法提取规则建筑物顶部面片

针对常用的平面拟合方法在有"噪声点"存在的情况下,会出现拟合不稳定的问题,本文采用稳健性较好的RANSAC算法,从机载Li DAR数据中提取出建筑物顶部面片。RANSAC算法进行参数拟合时,会存在一些缺陷,通过改进RANSAC算法(LMed S算法)可以达到更好的拟合效果。首先利用直通滤波器对点云数据进行简单的滤波,然后通过Voxel Grid滤波器对点云数据进行下采样。对下采样之后的点云数据,用LMed S算法提取建筑物顶部面片。试验表明,利用LMed S算法可以成功提取建筑物顶部面片,稳健性较好。     

复杂城区建筑物和植被分类研究

针对城市复杂环境点云数据中建筑物和植被较难分离的问题,提出利用二者高度、面积、坡度等信息先将建筑物分离,再利用建筑物结果作为约束,较为准确地将二者进行分离的方法。首先将倾斜摄影密集匹配点云数据进行插值生成DSM,针对非地面点集,依据建筑物规则特征,将其从地物中首先分割出来。其次,利用最小二乘拟合平面法获得近似建筑物屋顶的拟合平面,经过边界优化得到准确建筑物边界。最终将建筑物作为约束条件,提取植被信息。实验结果表明本文提出的方法较面向对象法有更好的分类结果,且能得到地物三维信息,具有较强实用性。     

基于水平截面法的树木点云精细分割研究

本文提出了水平截面法精细分割树木点云的方法。首先根据点云数据在XOY平面内建立二维格网,求取每个格网内点云数据高度的均值,根据格网内点云数据的高度阈值滤除地面点云和低矮地物点云数据;其次对滤除地面和低矮地物的点云运用八邻域算法提取树木点云,运用水平截面法对树木分层处理,求取每一层树木点云的轮廓线;再次将轮廓线连成多边形,求取多边形的最小外接圆的圆心,运用最小二乘直线拟合算法对各层圆心进行直线拟合,根据拟合直线与地面的交点,可以求取树木的精确位置;最后根据距离最近的原理,对树木进行了精细分割。实验表明:本文研究的方法可以较好的实现树木点云的提取,避免了传统方法设置参数过多的弊端。     

平面约束条件在LIDAR点云滤波中的应用

介绍了一种利用平面约束条件对LIDAR点云数据进行滤波的方法,利用每个数据点的邻域点拟合平面,根据平面约束条件和平面点分类方法得到地面点,最后利用地面点内插该区域的DTM.