基于深度图像与分水岭的平面点云分割方法

根据目前点云数据分割的研究现状以及分水岭算法在图像处理中的应用,提出一种基于深度图像和分水岭算法的建筑物平面点云分割方法.该方法首先将平面点云数据生成深度图像并给像素赋予灰度值,再使用双边滤波算法进行滤波去噪,然后使用分水岭算法进行图像分割,得到分割结果后索引回原始点云数据,得到点云分割结果.为验证方法的可靠性与准确性,利用区域增长法、RANSAC算法以及欧式聚类法进行对比实验.通过对实验结果的对比分析,能有效地将不同点云面片分割出来,并且具有良好的准确度和完整度,分割结果质量较高,为点云的分割提供了新的思路与方法.     

基于三维点云的工程结构平面分割及表面检测

为了实现对工程结构各平面更加全面、快速、准确的数字化检测,本文提出了一种基于三维点云的工程结构平面自动分割及表面检测方法。首先,通过无人机重建满足工程检测精度要求的高精度三维点云模型;其次,融合体素降采样方法、随机采样一致性(RANSAC)方法和基于密度的聚类算法(DBSCAN),快速、精准、自动地分割工程结构的特征平面,避免手动分割过程中存在的结果不确定及计算效率低的问题;第三,通过设计的精细分割算法有效剔除特征平面周围的噪点,准确提取结构特征平面点云,计算分析特征平面点云,数字化描述结构的表面形状;最后,通过一个在建地铁车站深基坑工程实例,系统地验证了该方法的有效性和准确性。研究结果表明：设计的三维点云平面自动分割算法能够实现工程结构各个平面快速准确的自动分割,自动分割与手动分割结果的交并比接近90%;针对工程结构平面的表面检测算法能够实现结构表面形状的准确测量,有效映射结构物理表面的状态。     

基于Hough变换的焊接接头自动识别技术研究

以作者所研制的焊接机械手为对象,针对其在焊接大型模具时,焊缝数量多的特点,采用提供信息量大、抗干扰能力强的视觉传感器CCD来获得焊接接头平面位置信息．在对CCD摄取的模架图像进行校正、灰度拉伸、灰度阈值变换后,采用Canny边缘检测算子检测出模架筋板上侧的边缘点,并针对传统的Hough变换方法不能检测出直线端点,容易重复检测直线以及提取直线精度不高的缺点加以改进,采用改进的Hough变换方法提取了筋板边缘线,求取这些边缘线交点即可获得焊接接头平面位置信息．实验结果表明,该方法可以有效解决Hough变换存在的上述问题,并能准确稳定地提取出模架筋板边缘线,达到识别焊接接头平面位置的目的．     

基于切平面分割的树干点云提取算法

提出了一种从树木点云中提取树干点云的切平面分割算法.首先,在对树木点云分段与角度分区的基础上,选定树干下部无树枝且扭曲程度较小的一段树干作为开始分段;其次,根据已削枝的多个相邻分段中的当前角度分区,及与其前后各1个角度分区的点云,构建当前角度分区的切平面,由点与切平面的位置关系,分割当前分段中这些角度分区中的树干点云;最后,以落叶时地面三维激光扫描仪扫描的13棵杨树作为测试数据的实验表明,提取算法在有效提取树干点云的同时保留了树干表面的特征,为后续树干点云的相关研究提供基础数据.     

焊剂片约束电弧焊T形接头温度场有限元模拟

为了研究构成I型金属三明治板的基本焊接单元T形接头在焊剂片约束电弧焊(flux bands constrained arc,FBCA)作用下的温度场分布规律,以非线性有限元软件ABAQUS为平台,开发了适用于FBCA焊接T形接头温度场计算的有限元方法.对比了计算结果与测量结果的同时,研究了面板与芯板各自路径上的热量分布情况.结果表明:FBCA焊T形接头面板部位温度场沿焊缝中心呈对称分布,接头热量主要集中作用于面板处.采用复合热源模型计算所得特征点热循环曲线分布规律与实际红外热像仪测量结果重合度较高,计算所得焊缝截面温度分布形貌和热影响区宽度与实际接头形貌相吻合,有效验证了复合热源模型计算FBCA焊接T形接头温度场的准确性.     

基于边缘卷积的三维目标识别算法

三维目标检测是实现无人驾驶必不可少的技术,但很多三维检测算法采用的分割算法并不能很好地提取局部特征,导致检测精度不理想。为了改善局部特征缺失的情况,提出一种基于边缘卷积的三维目标识别算法。本算法以激光点云和RGB(red, green, blue)图像作为输入,基于二维候选区域中的像素过滤激光点云生成视锥点云,以此提高检测速度。同时,在分割算法中,在点云的局部特征图的基础上计算目标点和相邻点之间的欧氏距离,并将其作为边缘特征赋予目标点和相邻点。此外,在卷积神经网络提取特征的过程中,每次卷积完成后都会在新的局部特征图上重新计算三维点之间的欧氏距离,为三维点构造新的边缘特征。这使得边缘特征能随着卷积神经网络的计算扩散到整个点云,从而提高局部特征的提取效果。本算法在KITTI(Karlsruhe Institute of Technology and Toyota Technological Institute)的三维点云数据集上进行验证,分割精度达到92.82%,相比于F-PointNet提高了2.30百分点;对不同目标的检测精度也有所提高,车辆、自行车、行人的检测精度分别达到了85.77%,76.09%,53.08%。试验结果证明了本算法的可行性。本算法可应用于无人驾驶汽车,实现车辆、行人和自行车的定位与检测。     

改进的布料模拟算法在多波束点云粗差剔除中的应用

针对目前多波束滤波需要人工剔除的现状,在布料模拟滤波算法（cloth simulation filtering,CSF）基础上,提出了一种基于点云分割和自适应参数调整改进的CSF算法。先对多波束点云数据进行分割,然后根据点云数据的面积和标准差调整每块CSF算法的参数,再构建布料滤波模型剔除粗差点,最终将分割后的点云拼接生成水下地形点云数据。结果表明,本文算法与CSF算法相比,克服了过度滤波现象,而且对于不同地区与人工方法粗差点剔除比分别从1.03下降到1.01和从1.46下降到1.19;与人工剔除粗差相比,避免了遗漏粗差点,人工干预很少。     

基于地铁隧道点云数据的组合滤波算法

目的提出一种点云数据组合的滤波方法,对地铁隧道的点云数据进行有效的精简滤波,提高地铁隧道结构变形分析的准确性.方法首先,对三维点云数据采用基于统计特征的滤波方法进行初步滤波,去除远离点云数据主体的离散点;其次,估算点云数据模型各数据点的高斯曲率,将点云数据分为突变区域和平滑区域;最后,采用双边滤波算法对突变区域点云数据进行滤波,采用改进的均值滤波算法对平滑区域点云数据进行滤波处理.结果通过对沈阳地铁隧道点云数据进行滤波实验及拟合圆半径分析,笔者所提组合滤波算法可以在保留隧道壁和轨道等结构的情况下,去除离散点和隧道壁上的无关非点等噪声;该算法对点云数据进行了有效精简,拟合圆的半径与设计半径差值更小,结果精度更高.结论笔者所提出的滤波算法可去除地铁三维点云数据的噪声点,并完整保留了隧道结构的几何细节特征,提高了变形分析的精度.     

6061-T4铝合金搅拌摩擦焊T型接头拉伸断裂实验研究

针对6061-T4铝合金搅拌摩擦焊T型接头力学性能开展了实验研究,首先通过显微观测分析了T型接头的缺陷特征,随后进行了沿蒙皮板方向和沿支撑板方向的宏观拉伸实验,利用数字图像相关(DIC)方法研究了接头的拉伸断裂行为.实验结果表明,焊接接头中均存在弱连接缺陷,且弱连接缺陷是导致接头沿筋板断裂的主要原因.沿蒙皮板方向拉伸时,接头的强度受焊接参数的影响不大,且其断裂主要是由热影响区(HAZ)材料软化且两侧材料强度差异较大所引起;沿支撑板方向拉伸时,试件首先在弱连接缺陷处萌生裂纹,裂纹在载荷作用下沿弱连接所在的方向扩展,并在试件另一侧靠近筋板处产生明显的应力集中区域,最终试件发生剪切断裂失效.此外,接头沿筋板方向抗拉强度随焊接转速的增加有增大趋势.     

基于点云模型的人体尺寸自动提取方法

基于点云数据的人体尺寸自动提取是三维人体非接触测量的难点问题,提出一种基于点云数据的人体尺寸自动提取方法。其步骤为:对人体点云去噪并建立标准测量坐标系;给出一种自动分割算法将人体分为6部分;将人体测点分为极值点、局部极限点和一般点3类,在模型分割的基础上给出每类测点的识别算法;最后给出人体测量项目的计算方法。研究结果表明:与传统方法相比,本方法具有全自动、速度快、操作便捷的特点;所提出的测点识别算法和测量项目的计算方法是有效的,在准确率上满足GB/T 23698—2009的要求。     

BIM云平台中三维模型的任意剖切

针对BIM云平台中三维模型的剖切通过移动竖向或横向的剖切面来实现,剖切方式不灵活,仅是选择性渲染的效果且无法自动获得剖切面的信息的问题。基于Unity3D提出了一种对复杂BIM模型进行任意角度剖分并缝合原模型及剖面的分割算法。运用该分割算法可以从任意角度对BIM云平台中三维模型进行剖切并得到所有剖切点,根据分组排序的剖切点自动计算出每个被剖切构件剖切面的面积、圆形管件的直径以及管件之间的距离。该剖切方法在实现任意剖切的基础上获取到剖切面的关键信息,能够更好的指导现场施工作业。     

基于惯性传感器数据融合的管线三维可视化研究

受施工技术与管线设计等因素影响,一般管线的三维轨迹通常和设计轨迹有部分误差,而精确了解管线的空间位置又十分重要。本文提出一种基于Arduino平台的六轴陀螺仪姿态解算与融合及管线轨迹可视化算法。首先从六轴陀螺仪收集加速计数据和角速度数据,分别计算出姿态角,并对加速计解算的姿态角进行滑动加权滤波,将滤波后的姿态角与角速度计解算的姿态角经卡尔曼滤波进行融合,得出高精度的翻滚角、偏航角、俯仰角,最后通过融合后的数据求得采样点坐标,绘制出三维轨迹。实验结果证明：该算法不仅能够有效消除陀螺仪传感器的误差,而且测出的三维轨迹曲线与实际管线轨迹基本吻合,有很高的精确度。本文研究的算法有很强的实用性。     

采空区三维激光扫描点云数据处理技术

由于井下环境的复杂性,借助三维激光扫描仪获取的采空区边界三维空间信息点云数据中不可避免包含一些噪声点.为此,提出曲率-弦长比复合判据实现了对点云数据中高频噪声点的过滤处理,并运用随机滤波法去除点云数据中的低频随机噪声点,通过分段低次插值法实现空区模型曲线光顺处理.结果表明:过滤及光顺处理不仅有效去除了采空区点云数据中的噪声点,同时避免了采空区三维模型构建中自相交情况的出现,达到了采空区三维模型精确构建的目的.     

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...     

一种基于几何特征由粗到细点云配准算法

针对点云配准算法对初始位置敏感且收敛速度慢的问题,提出一种基于几何特征由粗到细点云配准算法。在粗配准阶段,通过投影法提取源点云和目标点云各4个轮廓点,然后利用曲率特征和轮廓点之间的距离寻找稳健的特征点对,计算得到初始刚性变换参数;细配准阶段,计算点云法向量及法向量夹角,以法向量为特征进行特征匹配,然后使用法向量夹角来启发搜索,使迭代最近点(iterative closest points, ICP)算法快速收敛。实验结果表明,所提出的由粗到细的配准算法鲁棒性强,具有较高的精度和速度。     

基于空间无序点云的层次构造三角化方法

描述了一种新的利用空间无序点云重构三维模型的算法,利用分层扫描的原理将无序的三维点云进行平面投影,使用矢量外边界扫描算法将点信息提取为线段信息,由于分层的有序性使得线段之间存在着良好的拓扑关系,经过在有序线段中提取拐点矢量,连接上下两层相关点,点模型就完成了三角化。该方法计算速度快,拓扑清晰,且不会出现失真(泊松表面重建)和空洞现象(区域增长法)。     

复杂采空区三维散乱点建模技术研究及应用

以采空区三维激光扫描系统探测获取的原始数据为依据,针对复杂采空区散乱点云数据,研究提出运用一组等间距的垂直于包围盒走向方向的平行切割面,对散乱点云进行区域划分进而构建空区实体模型的方法.首先确定等间距平行切割面的方向和间距,对散乱点云数据进行划分;其次运用最小距离法确定散乱点云的位置即所归属的切割面;最后运用凸包最小距离法对每个切割面上的散乱点进行排序,成为有序点后对其进行建模.应用表明,研究所形成的建模方法可实现对复杂采空区散乱点云的精确建模.     

混合钢U肋加劲板焊接残余应力影响因素分析

建立三维热弹塑性有限元模型,对混合钢U肋加劲板的焊接温度场和应力场进行模拟,并应用盲孔法残余应力测试试验验证了该数值模拟方法的正确性.应用经验证的焊接残余应力数值模拟方法,研究散热系数、焊接有效功率、熔池面积大小、焊接速度变化对混合钢U肋加劲板焊接残余应力分布与大小的影响.结果显示,焊接有效功率对混合钢U肋加劲板的残余应力分布的影响最大,其次为熔池面积及焊接速度,散热系数影响很小;母板和U肋的残余拉应力和残余压应力大小、残余拉应力区分布宽度、母板残余拉应力合力和残余压应力合力,与焊接有效功率和熔池面积大小成正比变化,与焊接速度成反比变化;而U肋残余拉应力合力和残余压应力合力,与焊接有效功率成正比变化,与熔池面积大小和焊接速度成反比变化.