基于激光反射强度的点云自动配准研究

点云数据配准是三维激光扫描技术数据处理的研究热点问题之一,传统的ICP算法需要较好的初值且效率不高。为了实现点云的自动配准,本文针对激光点云反射强度和图像匹配的特点和应用,提出一种基于激光反射强度的点云自动配准方法,从而为实现ICP精确配准确定初值。试验结果表明,基于激光反射强度的点云自动配准方法能够良好地为ICP精确配准提供初值,同时提高了点云配准的准确性和效率。     

平面特征约束下的多视点云配准方法

针对由于多视点云的密度不同,将同名特征点作为配准基元的点云配准方法无法找到具有精准对应关系的点对,从而存在配准精度不高的问题,该文提出一种基于同名特征平面的点云配准方法。该方法将坐标原点在同名特征平面上的投影点作为同名特征点,以空间点面关系具有旋转不变性为约束条件,引入对偶四元数描述空间变换参数,基于最小二乘准则构建目标函数,利用Levenberg-Marquardt法解决配准模型的非线性优化问题。最后通过实测数据实验验证算法的正确性与有效性。结果表明：该方法能够实现实际场景中建/构筑物的多视点云配准;采用Levenberg-Marquardt法在迭代过程中可有效避免局部最小陷阱;对偶四元数有效减少了解算空间变换参数中的耦合误差。     

旋转平台点云数据的配准方法

提出一种旋转平台点云数据的配准方法.该方法首先利用3片以上不同角度的位于圆柱面上的点云数据标定出旋转平台中心轴的位置,从而获取扫描设备和旋转平台之间的相对关系.然后根据旋转平台的角度关系计算出多片点云之间的旋转矩阵,最后将任意角度获取的点云配准到统一的坐标系下.该方法不需要多片点云之间具有公共特征关系,也不需粘贴和提取标志点,仅利用旋转平台转动的角度构建旋转矩阵实现自动配准.利用C++语言实现该方法.试验证明,该方法算法稳定,效率较高,拼接精度与ICP配准方法和标志点配准方法的精度相当,自动化程度高,实现成本较低,可配合多种激光扫描仪或结构光扫描仪使用.     

激光点云粗配准方法实验对比与分析

点云粗配准要为点云精细配准提供良好的初始参数,其精度和效率是当今研究的热点问题.本文基于四组不同的激光点云数据,实现并对比分析了超级四点全等集算法(Super 4 Points Congruent Sets,Super4PCS)、四点全等集算法(4 Points Congruent Sets,4PCS)和基于软件Geo...     

一种多站标靶点云整体配准算法

针对普通多站标靶点云配准方法需进行基于传统测量设备的控制测量问题,提出了一种新的多站标靶点云配准方法。该方法使用三维激光扫描仪和卷尺同时完成点云数据的采集和控制测量外业工作,并将经典测边网平差理论引入到多站标靶点云配准领域,给出了相应误差方程的构建方法。实验结果不仅表明了该方法的有效性,而且证明了三维激光扫描技术应用于控制测量的可行性。     

一种改进的点云数据配准方法

针对利用最近点迭代（ICP）算法进行点云数据配准时费时较多的问题,提出结合Butterworth高通滤波器和Sobel边缘检测算子首先对点云数据进行预处理,然后再用ICP算法进行点云配准,有效解决这一问题,加快配准速度,并在Matlab中编程实现该方法,具体实验结果证明该方法的有效性。     

一种基于特征点的地面激光点云全局配准方法

针对当前地面激光扫描(TLS)点云配准自动化程度低且耗时的问题,本文提出一种基于特征点和改进FGR(fast global registration)算法的TLS点云全局配准方法。该方法一共分为三步:首先对点云进行粗差剔除和降采样;然后提取Do G(Difference-of-Gaussian)特征点和进行FPFH(fast point feature histogram)描述,进而进行双向一致性匹配;最后使用FGR算法进行优化获得点云之间初始参数,结合标准ICP算法实现TLS点云的高精度配准。利用7站地面激光点云数据进行实验,结果表明本方法可以在保证配准精度的前提下获得较高的配准效率。     

全景深度图像精度分析及优化方法研究

针对三维激光点云数据生成360°全景深度图像存在像素分辨率不均匀的问题,提出一种顾及目标量测精度及可见度的全景深度图像生成方法,在保证全景影像表达地物的完整性的前提下提高其数据的存取精度。通过坐标转换和投影变换生成与全景影像匹配的全景深度图像;基于摄影成像原理分析摄影中心高度、深度值和像素分辨率之间的关系,得到不同深度处目标分辨率随摄影中心升高趋于一致的结论;综合分析地面目标分辨率和杆状目标尤其是树冠对树干的遮挡问题,确定特定场景下生成全景深度图像的最佳摄影中心位置并重新生成深度图像。实验分析表明,该方法能够在保证杆目标可见度的前提下提高地面目标量测精度。     

融合近景与倾斜摄影测量建筑物三维点云的配准方法

针对倾斜摄影融合近景摄影三维重建中存在的点云配准精度低、稳定性差等问题,结合国内外相关技术的研究现状,提出了一种基于特征线的点云配准方法,称为特征线配准(Feature Line Registration,FLR).分析点云特征线的基础上,提出了基于二分法的特征线提取方法,基于非线性优化方法构建了顾及点云尺度差异的9参...     

基于平面基准深度图像建模的研究

散乱数据的TIN模型构建,存在数据量大、构网复杂、存储不便、内存消耗大等缺点。本文提出一种快速判断点在不规则多边形区域内的方法和快速提取点云边界的方法,继而提出一种基于平面基准的深度图像建模方法。该方法能够实现有效的快速构网、减少数据存储量、几何纹理清晰、纹理贴图方便、可进行多分辨率LOD(level of detail)表达等优点。     

融合激光点云与影像点云的精细化DEM生成

针对地面激光扫描及无人机航摄技术在实际外业测量中受视场角限制或遮挡等因素的影响而难以获取待测区域完整的点云数据的问题,本文在经典ICP算法的基础上,提出了一种顾及高程差异和点云密度的激光点云与影像点云融合方法。通过差分数字高程模型对点云进行分块,并基于点云密度选取融合范围,将分块后的影像点云配准到激光点云的孔洞和稀疏区域。本文方法能够提高激光点云与影像点云的融合效果,保持激光点云的精度并保留更多的细节特征,实现激光点云与影像点云的高质量融合。     

结合八叉树和最近点迭代算法的点云配准

针对最近点迭代算法的局限性造成的点云配准效率低下问题,该文对最近点迭代算法在点云配准中的应用进行了研究,并针对算法的局限性进行了改进。先利用八叉树结构求得点云数据的重叠区域,然后在重叠区域利用最近点迭代算法对点云数据进行精确配准,提出了基于八叉树结构建立点云重叠区域的最近点迭代配准方法(该文简称OTOAICP)。通过实例数据对该方法进行验证,结果表明:OTOAICP方法能够提高配准精度,缩短配准时间。     

车载激光点云数据的栅格化处理

车载激光点云由于车辆的震动和点云的融合,得到的数据为散乱空间点云。本文通过对空间点云进行两个方向的排序,得到以x值为主排序,z值为次排序的点云图,然后设置栅格,对于每个栅格点,找到投影在XOZ投影面内与其距离最近的激光点,将该激光点的y值赋给栅格点,得到与该区域空间点云相对应的栅格化点云。在按照X值排序时,根据点云的特点给出了一种插入排序算法。实验结果表明栅格化后的点云与原点云在表现建筑结构上效果一致。散乱点云栅格化后为点云的进一步分析打下基础。     

一种基于ISS-SHOT特征的点云配准算法

针对点云配准过程中易产生错误对应点、收敛速度慢、配准时间长等问题,提出了一种基于内部形态描述子(ISS)及方向直方图描述子(SHOT)特征的点云配准算法。运用体素格网法下采样后,采用ISS算法提取特征点,并用SHOT对特征点进行描述,利用余弦相似度匹配对应点对,再采用RANSAC算法剔除错误对应点对,使得两片点云获得良好的初始位姿,最后采用点到平面的ICP算法进行精确配准。试验结果表明,与传统ICP算法及基于ISS的SAC-IA+ICP算法相比,本文算法配准精度及配准效率更高,对数据量大、重叠率较低点云具有很好的稳健性。     

SANet:空间注意力机制下的LiDAR点云实时语义分割方法

语义分割是智能机器人由感知智能迈向认知智能的重要基础,当前针对点云数据的语义分割方法存在实时性差、精度低等现象。本文系统分析了点云经球面投影所得的距离图像与自然图像的差异,为基于距离图像的实时语义分割网络设计提供了思路。通过分析发现,距离图像具有强空间相关性的特点,将强空间相关性与注意力机制相结合,提出基于空间注意力机制下的LiDAR点云实时语义分割方法SANet。该方法能够高效地聚合空间分布特征与上下文特征,且模型参数量较少,满足实时性的要求。在SemanticKITTI数据集上的试验表明,与其他优秀算法相比,SANet兼顾了实时性与准确性,显著提高了LiDAR点云语义分割的精度,可为自动驾驶及其他机器人应用领域提供辅助支撑。     

一种基于BFGS修正的正态分布变换点云配准方法

点云配准是点云数据处理中的关键问题,针对原始正态分布变换算法求解Hessian矩阵时间复杂度高的问题,本文提出一种基于BFGS算法修正的正态分布变换点云的配准方法。通过利用目标函数的梯度值及增量参数更新正定矩阵,以正定矩阵近似代替Hessian矩阵的逆矩阵,确保算法每次迭代方向均为函数值下降方向,降低了算法的时间复杂度;通过模拟数据试验及实测数据试验,验证了本文算法的可行性,其在保持原始正态分布变换算法精度的前提下,提高了算法的配准效率。     

利用激光点云数据计算采石场开采量方法研究

采石场开采量计算,由于传统测量方法存在获取数据量少、精度低、复杂地形获取数据困难等问题,利用激光点云数据计算采石场开采量具有重要的研究意义。选择李庄采石场作为研究对象,利用徕卡C10获取点云数据,运用Cyclone软件对点云数据进行预处理,Geomagic软件对预处理数据进行精简。采用Cyclone,HD-3LS-SCENE,CASS软件对开采量分别进行计算,详细对比分析计算结果。研究结果表明:三种软件可满足工程需要。Cyclone软件计算精度最高,CASS软件操作快捷方便。根据软件多种性能指标的对比研究,确定采石场开采量行之有效的计算方法。     

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kd-tree的建筑物散乱点云平面分割

应用kd-tree快速确定散乱点云数据中某一个点的邻域,不需要先验地知道点云数据之间的拓扑(邻接)关系,使得建筑物点云平面分割算法更一般化,应用面更广。根据建筑物平面特征的先验信息,并采用高效数据结构,优化了平面分割算法,给出了散乱点云平面分割的实现和相应结果,说明了基于kd-tree的建筑物散乱点云平面分割算法的有效性。     

基于道路数据点云的公路平面线形恢复方法

利用机载激光扫描数据的离散道路带状数据点云恢复公路平面线形,其效果的优劣很大程度上取决于公路中轴点列的获取。采用定步长径向搜索方法,算法简单快速,运算效率高;采用三次B样条曲线拟合及线形恢复能满足公路改(扩)建的要求。实验表明,基于道路数据点云的公路平面线形恢复方法研究,为机载激光扫描技术在公路中的应用提供一种可供借鉴的方法。