基于配准残差分布函数点对定权的ICP算法研究

针对传统ICP配准算法无法抵抗常规粗差点对配准精度的影响问题,研究了基于配准残差分布函数点对定权的改进ICP配准算法,推导了基于配准残差分布函数的点对残差权重值计算公式,在此基础上采用幂法解算单位四元数,最终在速度和精度2个方面完成对原始ICP配准算法的优化。采用C~(++)编程语言将改进的ICP点云配准算法程序化,利用Rigel LMS-Z420i三维激光扫描仪对某雕像进行扫描,通过自编程序对含有常规粗差点的点云数据进行配准实验,将基于点对权重的改进ICP算法与标准ICP算法进行比较,结果表明基于点对权重的改进ICP算法能够有效处理配准数据中存在粗差点的情况,是一种比较精确的抗差配准算法,可对现存配准算法进行有效补充。     

基于NDT和ICP融合的点云配准方法

针对传统迭代最近点算法高精度低效率与正态分布变换算法高效率低精度的问题,提出了基于NDT与ICP融合的点云配准方法。首先通过NDT算法选择合适的网格参数将待匹配的点云向目标点云拉近以提高配准效率,完成粗配准,其次使用KD树加速的ICP算法求解变换矩阵以提高配准的计算效率。通过实验表明,本文方法匹配速度相比NDT算法和ICP算法有明显提高,且精度高于NDT算法。     

提高三维激光扫描点云数据配准精度研究

点云数据配准是三维激光扫描数据处理中的关键步骤之一,本文结合工程实例,运用不同方法进行点云初始配准,初始配准结果作为ICP算法的初始位姿进行精配准,实验证明,初始位姿对点云的配准精度、速度有一定影响。在工程实践中,提高初始配准精度,是解决ICP算法易陷入局部最优解问题及ICP算法精确配准效率低下问题的有效途径之一。     

工业构件密集点云数据与CAD模型的配准

针对工业构件人工检测安装效率低的问题,该文提出基于三维激光扫描的点云数据与CAD模型的配准方法。该方法是预先在两模型中找出公共点进行粗配准,把粗配准后的两模型用迭代最近点(ICP)算法进行精确配准,并通过提取公共特征点进行匹配的精度检测。实验表明,通过该方法实现了点云与CAD模型的配准,有效地提高了工业逆安装效率。     

基于二维图像特征的点云配准方法

为了提高低覆盖率点云的配准精度和收敛速度,提出了一种基于二维图像特征的点云配准方法。首先采用基于区域层次的点云配准算法实现粗配准;然后将三维点云转换成二维图像,再采用SURF算法提取二维图像的特征,并求解其匹配像素点对;最后根据二维匹配点获取相应的三维点云相关点,并计算刚体变换,由此实现点云的快速精确配准。试验结果表明,与迭代最近点（ICP）算法相比,该点云配准方法的配准精度和耗时分别提高了约20%和60%,是一种快速、高精度的点云配准算法。     

利用特征点采样一致性改进ICP算法点云配准方法

针对传统迭代最近点算法(ICP)对点云初始位置要求高、收敛速度慢和易陷入局部最优的问题,本文提出了一种基于特征点采样一致性算法改进ICP算法的点云配准方法.首先使用体素网格法采样,通过法向量邻域夹角特性提取特征点并建立快速点特征直方图(FPFH)进行特征描述;然后使用采样一致性算法(SAC-IA)粗配准计算出点云的初始坐标变换,进而使点云获得较好的初始位置;最后通过K维树近邻搜索改进ICP算法,完成点云精确配准.实验结果表明,所提出的方法能够提供良好的初始位置,提高传统ICP算法点云的配准精度和收敛速度.     

地铁隧道三维激光扫描数据配准方法

针对传统的迭代最近点算法(ICP)用于多测站点云数据配准时计算效率低的问题,该文提出了一种基于特征点的ICP改进算法,该方法利用相邻两测站数据进行配准的实现。首先采用体素化格网方法对两点云数据集进行精简处理,并计算精简处理后每一点的法向量;然后利用kd-tree最近邻查询搜索特征点之间的对应关系;并通过估计出的最优变换矩阵更新至全局变换,以提高配准精度。实验结果表明,改进的ICP算法在地铁隧道点云数据配准中的效率高于其他的配准方法,为隧道变形监测工作的进行提供保证。     

法线特征约束的激光点云精确配准

作为点云数据处理的关键步骤,配准结果直接影响到后续数据处理的精度。针对传统迭代最近点(iterative closest point,ICP)算法依赖较好初始位置的局限性,提出基于法线特征约束的点云精确配准方法。首先采用局部表面拟合方法进行法线估计,并计算其快速点特征直方图,然后通过采样一致性方法对两组点云进行粗配准,最后通过建立KD-Tree加快对应点的搜索效率,并设定阈值去除错误对应点对,实现精确配准。结果表明,基于法线特征约束的粗配准算法可以为待配准点云提供较好的初始位置,并且改进的ICP算法有效地提高了点云配准的精度和效率。     

不同测站点云数据的配准算法

随着三维激光扫描技术的发展,利用三维激光扫描仪采集信息,构建三维模型成为了热门的课题。由于受到观测环境、观测方向等影响,无法一次性地获得物体的所有的点云数据。因此,不同视角下点云数据的配准成为了三维建模中的关键技术,直接影响了最终的重合结果以及模型精度。本文着重研究主方向贴合法和最近点迭代算法(ICP算法),基于matlab平台编写算法,并对算法进行研究,得出配准结果以及配准精度。     

基于特征点提取和匹配的点云配准算法

针对ICP算法配准需要两点云有较好的初始位置否则无法获取准确匹配结果的问题,提出一种新的粗配准算法。调整两片部分重叠点云的初始位置;在求取一点处法向量的基础上,利用点云曲率信息,提取特征点,获取两点云每一特征点处的属性向量;通过相似度函数评价,寻找匹配特征点对进行粗配准。试验表明,该基于特征点提取和匹配的方法可为ICP算法提供良好的点云初始位置,并提高配准精度和可靠性。     

基于特征点法向量的点云配准算法

在传统的迭代最近点算法（ICP）中，需要两片点云具有良好的初始位置，否则在配准时容易陷入局部最优。针对该问题，本文提出了一种基于特征点提取与配对的粗配准方法，以调整两片点云重叠部分的初始位置。首先，利用SIFT算法提取两片点云公共部分的特征点；其次，根据特征点法向量之间的欧氏距离将两片点云的特征点两两配对；然后，利用法向量的夹角对特征点对进行提纯；最后，通过单位四元数法，求解出旋转及平移矩阵，完成粗配准。试验表明，本文基于特征点法向量的粗配准方法可为精配准提供良好的初始位置，在一定程度上避免配准时陷入局部最优的现象。     

一种由粗到精的地面激光点云多层级配准方法

提出了一种综合利用快速点特征直方图(FPFH)描述符和同名点引导ICP优化的地面激光扫描(TLS)点云配准方法。该方法包括3个步骤:1)点云金字塔构建;2)基于FPFH的粗配准;3)同名点引导的ICP精配准。首先使用体素网格滤波器构造点云的金字塔结构,在粗配准时,FPFH描述符用于金字塔顶层上点云的鲁棒匹配,在此基础上,再进行两层级同名点引导的ICP精配准优化,使用3组典型TLS点云对进行实验,结果表明本文方法可以高效地完成TLS点云的配准。     

基于八叉树与KD树索引的点云配准方法

针对点云配准算法中KD树多维查询效率较低的问题,提出一种基于八叉树和KD树多层索引结构的点云配准方法。首先为模型点云数据建立八叉树全局索引,然后在八叉树叶子结点构建局部数据的KD树索引。对传统的ICP点云配准算法进行改进,通过叶子结点的全局索引值快速定位局部点云数据块,利用局部KD树索引加快最近点的搜索,计算最近点时利用欧氏距离阈值、点对距离差值和法向量阈值剔除部分噪声点。实验表明,改进算法提高了点云配准的效率和精度。     

利用MPI实现多幅点云ICP并行配准

迭代最近点算法（ICP）是一种用于点云精确配准的经典算法。针对多幅点云进行ICP配准存在耗时多、效率低的问题,本文利用消息传递接口MPI对多幅点云进行分批并行配准。首先并行求解相邻两幅点云的相邻变换矩阵,然后计算每幅点云在当前批次的局部变换矩阵,最后获得每幅点云的全局变换矩阵。本文以DELL PowerEdge R730服务器为计算平台,对空间点总规模达四千多万的65幅点云进行了分批并行配准。试验结果表明：利用MPI对多幅点云进行分批处理可显著加快配准速度,最优进程数为计算机的核数时,加速比为5.3。     

基于间接平差的ICP点云配准算法研究

点云配准精度是决定三维重建模型的质量因素之一,目前,最常用是ICP点云配准算法,经典的ICP算法易局部收敛,影响点云配准精度。本文提出基于间接平差的ICP点云配准算法,设定目标点集中目标点坐标与转入目标点集中的点坐标之间的距离阈值实现点云精确配准。通过与经典ICP算法对比可知,本算法在一定程度上提高了点云配准精度和速度。     

融合反射强度图像的地铁隧道点云自动配准

针对地铁隧道点云数据特征点少、在大视角点云数据间配准拼接时出现精度差、效率低等问题，本文以提高配准效率及精度作为出发点，以目前主流的ICP算法为基础，首先将激光点云按中心投影方式生成反射强度图像并以此作为配准源，采用规则格网分割提取匹配，建立均匀分布的同名点；然后利用反射强度图像上的同名点与点云之间的一一对应关系，完成视角点云间的初配准；最后在初次配准的基础上，采用KD树改进算法进行点云数据的精细配准。试验结果表明，本文在实现点云数据自动配准的同时，提高了地铁隧道点云数据的配准效率及精度。     

基于欧氏距离测度的激光点云配准

针对激光扫描测量系统得到的多视角点云数据,提出用离散对应特征和迭代最近点(ICP)算法相结合的方法,对点云模型多视配准技术进行了研究。首先给出单位四元数和旋转矩阵的关系以及线性最小二乘法原理;然后利用基于离散对应特征的方法求出刚体变换的一个初值,并用迭代最近点(ICP)算法精确估计刚体变换参数;最后用工件36副真实点云模型的配准结果证明此方法的有效性。     

格网划分的最邻近点搜索方法

为了提高迭代最近点(ICP)算法中最邻近点搜索的存储和计算效率,本文通过对盒子结构方法优、缺点的深入分析,提出了基于格网划分的最邻近点搜索方法。该方法充分考虑了3D点云获取时的投影特性,将点云投影到某一坐标平面,并基于格网划分进行存储,使最邻近点的搜索限制在较小的范围。不同类型的模拟数据和实测数据试验均表明,该方法能够在不损失匹配精度和拉入范围的前提下,显著提高存储和计算效率。     

SLAM激光点云整体精配准位姿图技术

基于同步定位与制图(simultaneous localization and mapping,SLAM)技术的激光扫描系统具有成本低、效率高的优点,近年来在测绘领域得到了广泛关注。虽然基于SLAM技术的激光扫描系统能够实现实时数据获取,但该数据获取方式难以保证点云精度,不同位置获取的同一地物的点云存在位置不一致。为了提高该类系统所获点云精度,本文提出一种分层次点云全局优化方法。该方法首先通过"点-切平面"迭代最近邻算法对重叠点云进行配准,形成扫描系统轨迹间的约束;然后构建位姿图对轨迹进行优化,利用优化后的轨迹对点云进行修正。算法通过将优化过程分解为局部和整体两个层次以提高计算效率。试验结果表明,优化后点云同名点对间的距离中误差减小约50%,内部不一致现象得到有效消除。