基于等距变换的三维点云相似性检测算法

本文研究目的是运用基于等距变换的三维点云相似性检测算法来为三维点云识别和分类问题提供新的方法.该研究方法利用投票空间的思想,认为相似的点对具有相同的等距变换.首先,通过B样条参数曲面拟合表达物体形状.其次,定义了一种主曲率和法向量组成的局部几何特征来匹配特征点对.计算点对特征之间的等距变换,将等距变换进行分类,比较同类等距下点对间特征的等距距离.最后,在每类等距变换下,对具有相同近似等距的点对进行基于PCA的聚类算法,从而得到相似点对之间构成的相似区域.实验研究结果显示在通过普林斯顿和TOSCA点云数据集下测试,对原始点云进行等距变换、噪声、降采样的处理后,能够检测到物体形状上的相似区域.研究结论:通过实验,验证了算法的可行性和鲁棒性,该方法简化了数据的预处理的过程,能够高效检测物体模型的相似性,对三维点云的分类和识别问题有着很好的应用前景.     

基于点云数据与工程知识的桥梁形态变化识别方法

为精准评估桥梁服役状态，通过定期多次三维激光数字建模，提出一种基于点云 模型与工程知识的桥梁形态变化识别与跟踪方法. 首先以传统ICP配准算法为基础，结合工程 专业知识，仅依据优化的相对不动点集实现高效的点云分割与配准，进而针对新旧点云模型 实施三维几何差异分析，从而完成桥梁形态变化的识别与验证 . 最后将该方法应用于实际工 程，高精度识别出背景桥梁各关键构件一年内的形态变化，并利用工程知识对其进行验证. 研 究结果表明：所提出的基于工程知识的点云配准算法可高效实现三维点云间的精确配准；以 此进行三维几何差异分析，可快速准确识别出桥梁构件在某一时期内的形态变化，例如主梁 弯曲扭转以及桥墩偏移等. 该方法可进一步提高桥梁非接触检测结果的科学性与精准性.     

分区变形与多重约束结合的面皮层次点对应方法

针对颅面统计复原中基于面貌形态几何特征建立三维面皮间生理点对应关系的难题,提出几何模板分区变形与多重约束结合的三维面皮层次点对应方法(HCRDM).该方法根据人脸生理结构特征点定义一套五官分区几何模板,以实现面皮分区半自动化;根据特征点的严格对应关系,利用径向基函数对样本面皮各分区变形;为近似重合的各分区建立体素模型,逐次选取特征显著的模板顶点作为待对应点,利用模板顶点间局部相对位置几何约束确定样本分区中对应点候选集;根据局部几何特征加权距离确定最优对应点;结合几何约束与微分特征距离约束实现边界区域点对应.实验结果表明,HCRDM较已有的三维面皮点对应算法准确率提高了10％以上.     

基于视点的三维点云自适应多细节层次模型动态绘制

在计算机几何图像设计、医疗研究诊断、物体判定识别、自动化测量等领域应用的迫切需求下,需要对三维点云动态绘制方法进行研究。目前存在的基于图形处理单元(GPU)的三维点云动态绘制方法。首先根据高度场的形式获得三维点云数据;然后利用高通滤波法对获得的三维点云进行消噪处理;再根据Scene Graph的方法表示三维点云之间的逻辑关系;最后利用GPU完成三维点云的动态绘制。为了降低噪声对三维点云绘制的影响,绘制更加流畅清晰的画面,提出一种基于视点的三维点云自适应多细节层次(LOD)模型动态绘制方法。首先利用激光扫描仪器或结构光扫描仪器等获取三维点云数据,并利用双边滤波器进行平滑去噪;然后根据特征配对的方法对三维点云进行特征对的提取与配准;最后以三维点云特征对配准结果为依据,利用三维点云的内外存调度完成三维点云的自适应LOD动态绘制。实验结果分析证明,所提方法能有效地去除噪声,可以更好地描述目标物体或背景,使绘制画面更加流畅。     

用B样条曲线构造几何物体模型的方法

根据Ｂ样条曲线原理,提出了先用若干个截平面去切割几何物体,得到一组与几何物体轮廓线相交的点。根据这些点,再用Ｂ样条曲线去构造几何物体的近似轮廓线,从而得到几何物体模型。该方法方便、精确,便于在计算机几何造型系统中应用。     

三维激光扫描点云直棱特征点填补方法

在三维激光扫描中按照一定的角度分辨率对扫描物体进行离散化采样时,由于物体表面点云中棱角特征模糊,若直接用其构建三维表面模型,在棱角处会导致严重失真,进而影响模型的分析和应用.针对此问题提出了物体棱角自动化填补方法,其技术路线是:首先对点云建立空间索引、精简数据;其次根据扫描点云的法向量,对扫描点云进行非监督分类,从而将属于一个平面的点分为一类;最后利用平面相交的办法填补直线棱角上的特征点.通过实验证明,该方法自动化程度高、填补结果准确,能够使得建立的三维模型与真实物体更加接近,模型分析结果更加准确.     

物体三维断层点云重建的光幕测量方法

针对嵌入式点云显示的复杂性、运算效率低、算法理论少、应用少等问题,提出了一种物体三维断层点云重建方法。该方法通过断层信息和长度信息重建物体的三维点云,通过收集光幕传感器的测量信息得到物体的断层信息,若物体倾斜,则采用几何方法对断层信息进行校正,采用坐标相移将二维断层信息重建为三维点云。开发了基于FPGA的双光幕测量系统,实验结果表明,三维断层点云重建方法可以准确地显示物体的点云轮廓。该算法简单有效,执行效率高,为嵌入式点云应用提供了理论基础。     

基于水平集的散乱数据点云曲面重构方法

提出了基于最小能量约束的水平集重构方法，用以解决由三维数据点云自动重构复杂拓扑结构物体模型的问题．其基本思想是将重构曲面看成是一个定义在三维空间的可变形封闭曲面，在曲面自身几何特征以及目标模型力的作用下，逐步逼近目标模型，其演变过程同时也是曲面能量逐步减小的过程．采用偏微分方程来表示曲面能量最小化的过程，将曲面进行三维空间网格划分，采用快速扫描法将三维数据点云转换为有符号的距离场，并给出了离散偏微分方程的数值解法．实验表明，基于水平集的三维曲面重构方法能够从初始表面自动收缩到目标模型，而且能够适应任意拓扑结构的复杂物体．     

混合滤波与改进双边滤波的点云去噪算法

激光扫描获取的曲面零件点云中包含的噪声点将影响零件的曲面拟合精度.提出了一种根据噪声分类分步降噪及光顺方法，利用kd tree结合K-means聚类算法去除离群点噪声，引入采样点曲率改进双边滤波因子，对非离群点噪声进行光顺.利用该方法对液力变矩器导轮叶片点云进行去噪，并与利用三坐标测量机接触式测量获得的叶片局部测量结果配准比较.实验结果表明，70%以上的接触式扫描测量点与利用本文方法去噪后的叶片点云之间的偏差在±10μm之间.表明该方法可以很好地保留扫描物体的几何特征，获得的点云模型能够满足后续模型重建的精度要求.     

装配式建筑平面激光点云数据线性特征提取方法

提取建筑物线性特征时，由于未对采集到的建筑物点云数据预处理，导致最终提取的建筑物线性特征存在完整度差、提取正确率低的问题，对此，提出装配式建筑平面激光点云数据线性特征提取方法。通过内设激光测距系统获取建筑物在三维向量的有效数据，采用非接触式几何支撑系统建立基于有效数据的空间向量模型，将该模型输入三维激光扫描仪的目标物体表面校正系统中，获取到建筑物的整体点云数据。利用Otsu目标检测法对获取的整体点云数据进行优化处理，采用改进IFFT算法建立基于优化数据的物像空间位姿表征模型，利用连续投影算法提取网格内部特征点并连接成线，完成建筑物点云数据线性特征的提取。实验结果表明，所提方法的装配式建筑平面激光点云数据线性特征提取清晰度高、完整度好，且建筑物线性特征的提取正确率最高可达100%，说明该方法具有实用性。     

室内火灾中非连续介质着火时间研究

室内发生火灾时,和火源间隔一定距离的可燃物即非连续介质突然发生着火燃烧的现象较为普遍,且具有较强的危害性。从非连续介质着火的原因入手,通过将着火条件进行量化,提出了非连续介质着火时间的确定方法,即:非连续介质着火时间为烟气层和处于着火浓度下限的可燃挥发份接触所需要时间与烟气层温度达到非连续介质自燃点所需要时间的最大者,并通过实验验证了该预测方法和相关计算关系式的有效性,对火灾预防和火灾风险评估具有重要的指导作用。     

一种基于离散点的真实感图形绘制算法

曲面造型通常所采用的是基于三角形或多边形的表示方法，该方法存在着一些不足之处，文中对真实感图形生成过程进行了研究，提出了一种基于离散点绘制景物的新方法。景物由一组离散点集合表示，每个离散点包括坐标、颜色、法线、深度等。论述了基于离散点的实体造型、取景变换、消隐和光照等，并且在实践中进行了验证。     

地形图辅助的建筑物地面和机载点云特征配准

机载和地面激光扫描数据配准的实质是坐标转换问题.以建筑物的立面为研究对象,基于地形图的建筑物线性特征,提出建筑物线-面特征约束的地面和机载点云数据配准方法,实现机载和地面点云数据的配准及其向地形图坐标系的转换.采用拟合方法,获取地面与机载点云、地形图的建筑物线性特征参数.依据特征之间的空间关系,建立特征参数与坐标转换模型的关系,分别实现地面与机载点云向地形图坐标系的水平转换.垂直转换则通过建筑物水平屋顶边缘的高程相对配准以及控制点处的高程绝对配准计算.以上海海洋水族馆点云为例进行实验验证,结果表明该方法可以实现地面和机载点云数据配准.     

An Improved Filter of Progressive TIN Densification for LiD AR Point Cloud Data

Based on the classic filter of progressive triangulated irregular network(TIN) densification, an improved filter is proposed in this paper. In this method, we divide ground points into grids with certain size and select the lowest points in the grids to reconstruct TIN in the process of iteration. Compared with the classic filter of progressive TIN densification(PTD), the improved method can filter out attached objects, avoid the interference of low objects and obtain relatively smooth bare-earth. In addition, this proposed filter can reduce memory requirements and be more efficient in processing huge data volume. The experimental results show that the filtering accuracy and efficiency of this method is higher than that of the PTD method.     

基于立体全景的远距目标精确量测方法

针对全景影像无法提供场景中目标的地理空间信息问题,提出一种通过构建立体全景,实现对全景影像中较远距离兴趣点目标的量测方法。现有的基于立体视觉的量测方法主要实现对近距离物体的量测,对于较远距离(如100 m以上)的物体,在缺乏控制点的情况下,使用非量测相机难以获得精确结果。所提方法在获取全景影像的同时,采用GPS/INS传感器获取相机的位置和姿态信息,在后续数据处理过程中,通过改进相对定向环节中初始值的设置方法,实现对全景影像中远距离目标的精确量测。实验表明,量测结果的相对精度可以达到相机与目标之间距离的1%。     

数字化曲面的法矢求解

采用累加弦长三次样条参数曲线，先求出离散点处两个方向的切矢，进而求解出该离散点的法矢，与传统的用样条曲面的方法求数字经曲面法矢的方法不同，采用本方法精度高，可以满足仅仅需要离散点处的法矢的场合。     

基于车载激光扫描数据的城市地物三维重建研究

车载激光扫描系统可以精确、快速获取城市建筑物、道路交通设施、隧道等地物的表面信息,非常适用于城市物体三维空间信息的快速精确获取和在此基础上的三维重建.然而点云不是GIS数据,也不是三维模型,要将大量离散的点处理为可使用的三维模型还需要一系列复杂的过程,现阶段针对车载激光点云三维重建的方法还主要依赖于人工交互或半自动化处理,而且没有针对整个城市地物的三维重建方法.针对这一问题,本文仅提供一种基于地物分类的车载激光点云三维重建的方法,数据基础是已分类的彩色点云,重点是充分利用各类地物的特性,对不同地物使用不同的三维建模策略,以首都师范大学自主研制的车载激光扫描系统获取的三亚市点云数据为实验对象,验证了本文提出方法的可行性与实用性.     

目标后向散射RCS基于MBPE均匀采样的快速计算

根据目标后向散射RCS的计算特点,提出空、频两域的MBPE均匀采样方案.在空间域,提出基于球面波角谱空间展开的宽角度采样方案;在频率域,考虑到在相同角度下观测到的目标会在不同频段下表现出相似的结构特征,提出先在低频段上训练不同入射角下的采样经验,然后再在高频段上进行MBPE插值计算.数值结果表明,在空间域,MBPE的采样点数一般仅为快速多极子采样点数的1/2,并随插值角度范围的缩小而减少;在频率域,MBPE采样点数与频率最大值无关,仅随扫频范围的增大而缓慢增加.      

低信噪比神经元锋电位信号的分类方法

基于离散序列小波变换和主元分析，对低信噪比的神经元锋电位信号提出了新的分类方法。通过对原始信号进行尖峰检测，获得尖峰信号样本，对每个样本进行离散序列小波变换之后，再对小波变换系数进行主元分析，选取主元进行聚类，实现对原始信号的分类。将该方法应用于多电极细胞外记录的小鸡视网膜神经节细胞电活动信号分析，并据此推断出某电极附近的神经节细胞的个数。仿真结果表明，在低信噪比情况下，该方法比单纯通过小波变换进行分类的方法更有效。     

离散点云数据的小波变换处理算法

将离散点云数据表示成适合用作小波变换的形式,提出了一种基于尺度的离散点云数据的特征识别算法,在此基础上给出了具体的基于尺度的二维和三维离散点云的小波分解算法,最后引入实例对二维离散点云的小波分解算法进行分析,实验结果表明算法达到了对点云数据的按尺度特征分解的目的.通过提出的算法,将离散点云数据按照尺度进行分解并提取出不同的特征成分,这样可以根据后期可视化显示的不同要求,将小波变换分解后的数据进行进一步的处理.