散乱点云数据区域分割综述

点云数据的区域分割是CAD模型重建的基础.对散乱点云数据区域分割的概念、准则、分类及研究现状进行了综述,总结了这些分类方法的基本思想并加以分析比较,最后对点云分割技术的发展动态作了介绍,并对未来研究作了展望.     

汽车车身曲面点云数据分割方法的研究

车身曲面是由多张曲面经过延伸、过度、裁剪拼接而成,直接对测量获得的车身密集点云数据进行曲面拟合非常困难,需要对点云数据进行区域分割.探讨了点云数据的常用分割方法,结合车身曲面特点,研究并实现了一种点云分割的算法-基于平面度的直接分割方法.该方法通过最小二乘拟合平面法矢量夹角的均方差值来搜索具有几何相似特性的连续曲面片,将不同性质的曲面片分块保存.并结合ATOS测量设备得到的车身曲面点云数据,给出不同的实例,证明了该方法的有效性.     

基于改进随机抽样一致的点云分割算法

随着三维点云数据模型在三维建模、测绘、智能城市以及机器视觉等领域的应用,点云数据处理也成为一个研究热点。点云分割就是将三维空间中点云通过一系列算法,将散乱的点云数据划分成更为连贯的子集的过程,可以为后续的数据分析提供数据基础。针对随机抽样一致算法(random sample consensus, RANSAC)对杂乱、无规则点云数据分割效果不佳的问题,提出一种改进的RANSAC点云分割算法。该算法通过构建Kd(K-dimensional)树,利用半径空间密度重新定义初始点的选取方式,进行多次迭代来剔除无特征点,在实现点云分割的同时可以有效去除噪声点;此外,该算法重新设定判断准则,优化面片合并,可以实现点云的精确分割。实验通过对散乱点云数据进行分割,结果表明该改进RANSAC算法的点云特征提取数据量较大,面片分割的准确性较高,是一种有效的点云分割算法。     

结合位置关系卷积与深度残差网络的三维点云识别与分割

针对现有点云识别与分割算法因忽视点的位置特征和局部几何特征关系而导致难以捕获具有鉴别力的局部几何信息的问题,提出基于位置关系深度残差神经网络的三维点云识别与分割算法。将原始点云嵌入到高维空间并获取其高维特征;将点云的高维特征输入位置关系卷积实现局部邻域内当前点特征与位置几何特征的信息交流,并通过深度残差模块强化提取到的深层语义特征,分层重复以上步骤可逐步得到点云的高级上下文语义特征;通过全连接层与解码器,得到点云的识别与分割结果。实验结果表明,所提算法在ModelNet40点云分类数据集的识别精度达到了93.9%,在ShapeNet Part点云部件语义分割数据集的平均交并比达到了86.0%。所提算法能够提取三维点云的关键特征信息,具有较好的三维点云识别与分割能力。     

基于卷积神经网络的非等效点云分割方法

针对点云分割中的非等效性,提出基于CNN(convolutional neural network)的点云分割神经网络NEPN(non-equivalent point network),在设计网络随机抽样层与MaxPooling层解决点云数量与顺序多变的基础上,引入经惩罚函数作用后的距离矩阵对各点分类误差进行加权,优化模型训练损失计算方法,强化分割面邻近点的误差反馈,实现点云区域分割。试验结果表明,该方法分割精度优于PointNet方法,可有效解决非等效点云分割问题。     

基于CCA和SOFM的轴承故障特征提取

提出曲元分析(CCA)和自组织特征映射(SOFM)相结合的方法用于轴承的故障诊断特征提取.首先通过传感器测得轴承在正常和非正常状态下的信号;然后对所得数据进行归一化;考虑到数据比较庞大,利用CCA进行降维;再利用SOFM进行训练,网络对不同状态下的输入具有明显不同的输出.利用Matlab神经网络工具箱来实现上述算法.实例仿真表明,这个算法可以快速正确地提取出轴承故障特征值,并通过聚类算法完成轴承的故障诊断.     

大型储罐的三维点云精简方法研究

针对大型储罐三维点云数据散乱、冗余点多等影响计算机显示及容积计算的问题,改进了一种储罐三维点云精简算法。该方法先利用均匀网格法,将待处理的三维点云数据分割成若干小栅格;然后根据随机抽样一致(random sample consensus,RANSAC)算法对每个栅格中的点云数据建立球模型,以保留特征点并滤除冗余数据点,达到精简点云的目的。将该方法与传统的均匀网格法和非均匀网格法进行对比,实验结果表明该方法在保证较高精简率的情况下可以更好地保留储罐点云数据特征。     

基于小波技术的散乱点云自适应压缩算法

提出基于小波技术的散乱点云自适应压缩算法.利用快速成型理论中的切片技术,将三维空间点云数据降为二维平面点云数据,并对排序后的点云数据进行小波变换,利用小波系数峰值,自适应地保留能够反映目标特征和细节信息的点,实现散乱点云的快速压缩.借助于实验,验证切片的分割厚度选为采样间隔的2~3倍时,可以实现快速高质量的散乱点云压缩.结果表明:算法在特征保留上具有明显的优势,能够最大限度地保留特征信息,压缩效果更为理想,且无需设置阈值,同时还具有自适应的特点,有助于实现压缩的自动化.     

密集匹配点云下的矿石块度提取

在矿山爆破作业中,评判矿山爆破质量的重要指标是爆破后矿石块度的大小。矿石块度的大小直接影响着后期的生产作业。针对露天矿施工过程中矿石块度测定问题,提出了一种基于密集匹配点云数据的矿石块度测定方法。首先通过寻找矿石堆中最高点与最低点计算不同矿石堆的坡度;然后依据计算得到的矿石堆坡度信息以及点云灰度信息、邻域特征等,采用粗提取与精提取相结合的方式对矿石点云边界线进行提取;依据提取出的边界线实现不同矿石点云的有效分割;最后利用分割得到的单个矿石点云进行块度估算以及矿石分布规律研究。试验表明本文方法可以有效的分割出单个矿石点云,且分割效果较好,研究区内矿石块度大多介于0.5-1.0m。     

ES-SOFM混合模型及其在水环境评价中的应用

提出一种基于进化策略（Evolutionary Strategy,ES)和自组织特征映射（Self-Organizing Feature Map,SOFM)神经网络的混合模型进行水环境评价的新方法。把SOFM网络嵌入到ES中，根据SOFM网络的运行状态构造ES的适应性函数，利用ES的强搜索能力克服SOFM网络对初始权向量和样本输入次序敏感的弱点。在水环境评价中的应用效果表明，此方法比模糊聚类法分类更合理。     

利用SOM神经网络实现逆向工程中区域自动分割

为实现逆向工程中点云区域的自动分割,利用自组织竞争人工神经网络(SOM),对基于散乱点云的自由曲面信息计算方法进行改进,并基于自由曲面信息构造了一个八维SOM神经网的输入向量,利用SOM神经网络实现了逆向工程中区域自动分割.实验验证了本文算法的有效性.     

基于自组织特征映射的图像分割算法研究

提出了一种基于自组织特征映射的图像分割算法,实现了计算机对图像的初步理解,从而在某种程度上模拟了生物的初级视觉功能．通过分析研究Kohonen网络的自组织特征映射过程,构造了基于Kohonen网络的图像分割神经网络方法,应用自组织特征映射方法将原始图像分割为有序化的相关特征区域．最后结合图像分割的特点对算法进行了改进,结合有监督的学习算法,使得图像的分割最终在先验知识的指导下进行．实验结果表明将Kohonen网络应用于图像分割使得算法具有很强的自适应性,能够在很大程度上避免背景及噪声对分割的影响．     

基于不变角度轮廓线的三维目标识别

三维物体的快速准确识别是研究的热点.根据局部特征变换的特点,提出了不变角度轮廓线的识别方法.算法通过点云矢量特征对物体进行局部分割,利用欧式距离、测地距离以及角度三个变量,建立其不变角度轮廓特征描述,进一步提取不变矩特征,构建特征向量数据库集.被识别物体的特征描述和数据库中特征进行夹角余弦匹配,可完成物体的识别.通过识别实验以及识别算法性能分析,结果表明算法具有较高的识别率和识别效率,可以用于复杂点云物体识别.     

融合几何特征与全局关系的室内点云语义分割

为充分提取3D点云的深层特征以提高复杂室内点云场景的语义分割精度，提出一种结合局部特征和全局特征的室内点云语义分割网络GSFNet.在局部特征部分，加入几何特征信息，并设计几何与语义特征信息编码模块，以更好地捕获室内点云局部信息.对全局特征部分，在编码解码器结构中间层加入全局关系依赖模块，构建不同邻域对象之间的关系提取有效分割信息.使用斯坦福大规模室内数据集(S3DIS)进行实验验证，在测试数据集上测试的总体精度(OA)和平均交并比(mIoU)分别为87.2%和61.1%,实验结果表明，GSFNet对复杂室内环境有较好的语义分割效果.     

基于RGB-D的室内场景实时三维重建算法

针对基于视觉的室内场景三维重建过程中存在三维点云匹配不准确、过程耗时和深度信息部分缺失的问题,提出一种带有深度约束和局部近邻约束的基于RGB-D的室内场景实时三维重建算法.该算法首先利用RGB-D相机采集到的RGB图像做哈里斯角点检测,再用SURF特征点描述方法对检测到的特征点生成64维特征描述子.接着利用特征点集合的深度信息和局部近邻特征点信息作为约束,初步筛选出相邻帧间正确的匹配点对,再结合随机抽样一致性(RANSAC)算法去除外点,以此得到相机的姿态估计.最后利用RGB-D的深度图像,在图优化方法(g2o)的基础上生成三维点云,实现室内场景的三维重建.实验中,RGB-D摄像头装载在自主移动导航的小车上,实时重构的三维场景验证了所提算法的可行性和准确性.     

自适应法向量约束的工件分割方法

针对目前对工件点云分割中出现的过分割、欠分割等问题,提出一种结合欧式聚类和自适应法向量约束的工件分割方法.首先对采集到的点云进行体素滤波,使用随机采样一致性(random sample consensus,RNASAC)算法滤除背景并通过统计滤波器去除噪点,接着利用欧式聚类算法将目标点云划分成点云簇,最后针对点云簇中含...     

基于SOFM神经网络的图象矢量量化的研究

分析了自组织特征映射（ＳＯＦＭ）算法,讨论了按加权函数控制邻域半径的方法,并对ＳＯＦＭ算法应用于图象矢量量化进行了系统的仿真实验研究,为实际应用提供了实验依据和基础。     

结构光三维扫描技术在道路病害识别方面的研究

目前利用探地雷达进行路基病害探测是一种较为科学的方法。如果同时能够获取路面三维模型,将地上路面信息与地下路基信息进行关联互补,将能够有效地检测出道路病害。利用基于HALCON的激光三角测量法完成对道路模型的测量,以大型跨平台开源点云库(PCL)为主,应用大量点云相关的通用算法和高效数据结构,针对道路病害特点,对点云进行获取、滤波、特征提取、曲面重建、可视化等处理,能够从三维重构图中清晰分辨出道路病害的情况。