具有最小截断二乘稳健初值的点云平面拟合算法

针对粗差含量较高的点云平面拟合,提出具有最小截断二乘(LTS)稳健初值的拟合算法.首先采用随机抽样的方法计算平面方程系数的LTS估值,选择稳健的绝对偏差中位数作为初始单位权中误差,然后再进行选权迭代.这样既保证了选权迭代法较高的估计效率,又可以保持LTS方法的稳健性.实验结果表明,具有LTS稳健初值的选权迭代法对于粗差含量较高的点云数据仍然稳健,可以得到准确的平面方程.     

稳健正交最小二乘拟合法

针对一般的最小二乘法忽略自变量的误差这一缺点,提出一种新的正交最小二乘法.该方法以正交距离残差平方和最小为衡量准则,并通过一定的算法剔除粗差和异常值,从而获得最佳的拟合曲线.算例结果表明稳健正交最小二乘拟合法结果更为可靠.     

具有LTS稳健初值的点云平面拟合算法

针对粗差含量较高的点云平面拟合,提出具有最小截断二乘（LTS）稳健初值的拟合算法.首先采用随机抽样的方法计算平面方程系数的LTS估值,选择稳健的绝对偏差中位数作为初始单位权中误差,然后再进行选权迭代.这样既保证了选权迭代法较高的估计效率,又可以保持LTS方法的稳健性.实验结果表明,具有LTS稳健初值的选权迭代法对于粗差含量较高的点云数据仍然稳健,可以得到准确的平面方程.     

一种稳健的点云数据平面拟合方法

针对常用的平面拟合方法在点云数据存在粗差或异常值扰动时,存在拟合结果不稳定的缺点,提出了一种稳健的点云数据平面拟合方法.该法以特征值法为基础,通过利用一定的准则删除点云数据中的粗差或异常值,从而获得稳健的平面参数估计值.在实验中,分别利用最小二乘法、特征值法和该稳健特征值法对点云数据进行拟合,结果显示该法能克服异常值的影响,得到可靠的平面参数估值,具有稳健性.     

改进的鲁棒迭代最小二乘平面拟合算法

针对迭代特征值最小二乘法不具备鲁棒性,提出一种改进的统计分析方法,用于含有大量异常点的点云的平面拟合.首先由移动最小二乘法拟合抽样点的近邻域平面,采用最小平方中位数法选择拟合模型,将该模型作为初始模型调用迭代特征值最小二乘法对点集拟合,通过逐渐剔除异常点,不断精炼模型,最终得到较精确的平面模型.此算法克服了一般向后剔除方法的缺点,具有了鲁棒性,且不失原方法的精确性,同时提高了迭代收敛速度.     

基于LSD与统计分析的航拍图像电力线提取方法

针对现有电力线提取算法在复杂场景环境下准确率低、稳定性差的问题,提出了一种基于直线段检测(LSD)与统计分析的航拍图像电力线提取方法。首先利用LSD算法提取图像线段基元,统计分析确定电力线主方向,剔除非主方向的干扰线段,构建电力线线段基元池;然后根据侧向距离对线段基元进行分组与二次筛选,确定电力线基元组;最后通过拟合线段基元实现电力线的提取。实验结果表明,该算法可以有效抑制航拍图像背景的干扰,实现直线型电力线检测与悬链型电力线的检测,具有准确率高、稳定性好等优点。     

同时考虑处理系统误差和粗差剔除的控制网平差

本文讨论的控制网平差模型同时考虑控制网观测值中的偶然误差、系统误差及粗差。对常规的三种平差模式即基于偶然误差、基于偶然误差─—系统误差、基于偶然误差─—粗差所建立的平差模型有所突破和扩展。其基本思想是先用稳健估计剔除含有粗差的观测值，再对未被剔除的观测值进行系统误差处理，最后得到最小二乘最优解。     

一种仿射变换的印刷品缺陷检测方法

针对传统印刷品缺陷检测方法速度慢、检出率低的问题,提出一种仿射变换的快速检测方法.首先利用SURF(speeded-up robust feature)算法进行特征点匹配,并采用RANSAC(random sample consensus)算法剔除误配点后得到高纯度的匹配点对,然后利用最小二乘法拟合得到变换参数,最后通过图像差分和后处理,识别并标记出缺陷所在位置.经过试验验证,相对模板匹配和分层检测算法,该方法无论在算法速度还是缺陷检出率上都有很大提高.     

卫星轨道完备性监测研究

为了解决高精度定位中的卫星轨道粗差判别问题,采用轨道积分方法和轨道拟合方法,重点分析了卫星精密星历SP3文件的轨道积分精度,利用对卫星轨道加入不同粗差的计算方案,讨论了轨道积分的精度以及其对定位的影响,研究了利用卫星轨道积分精度实现完备性监测的方法。结果表明:通过卫星轨道积分精度的方法,可以反映卫星的粗差信息并予以将粗差卫星剔除;当剔除粗差卫星后,精密单点定位精度提高;当对正常卫星加入粗差,且随着加入粗差的增大,卫星轨道积分精度越来越差。该成果对完备性监测的研究具有一定的参考价值和指导意义。     

基于ORB特征的图像误匹配剔除算法研究

针对随机抽样一致算法在误匹配剔除时存在稳定性不足、效率较低等问题,提出一种粗剔除与精剔除相结合的误匹配消除算法.该算法首先利用最小距离法对特征点进行筛选获得初始匹配点集;然后通过计算特征点的相关性实现精剔除;最后将该算法应用于ORB-SLAM2系统进行验证.试验结果表明,该算法可有效剔除误匹配特征点,获得匹配精度更高的匹配点集,在ORB-SLAM2系统中能较好地获得相机轨迹,运行效果佳.     

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。     

二维距离图分割的激光雷达点云无损压缩方法

激光雷达动态获取点云压缩是智能驾驶的关键技术之一。针对动态获取点云场景范围大,分布稀疏,本文将点云几何信息映射到二维距离图(range image),提出一种基于距离图分割的激光雷达点云无损压缩方法。由于动态获取点云的稀疏性,以及噪声和离群点等的影响,目前的距离图分割算法分割后类别过多,导致对分割区域编码时,边缘信息消耗较大的比特数。对此本文提出孤立区域精细处理的方法,有效地改善了过度分割的问题,提高了分割区域的压缩性能。为了保持残差、地面区域点云等数据原有的相关性,我们利用两种无损的数据压缩技术进行编码。实验结果表明,本文设计的基于距离图分割的激光雷达点云无损压缩方法具有较高的压缩性能。     

面向点云数据的复杂几何模型对象优化方法研究

针对高精度、高保真的点云数据在精简后点云数据重构网格精度降低误差增大的问题,提出了面向点云数据的复杂几何模型对象优化方法.首先通过空间八叉树法建立点云数据和网格的拓扑关系,并利用原始点云到重构网格的距离确定网格的误差,以目标精度为阈值,然后利用增点法对面片进行划分,最后根据插入点算法重新定位插入点.实验验证表明：利用该文方法对兔子和龙进行一次细分使得精简率90%兔子重构网格误差由0.81 mm提升到0.48 mm,精简率90%龙重构网格误差由0.36 mm提升到0.11 mm.     

基于几何特征与三维点云特征的道路边沿识别算法

针对目前典型道路边沿识别算法存在实时性与可靠性难以兼顾的问题,基于多线激光雷达,根据道路边沿的几何特征与三维点云特征,提出了一种权衡实时性与可靠性的道路边沿识别算法。依据多线激光雷达扫描获取的大量点云数据,基于RANSAC算法的地面分割方法,滤除了预设感兴趣区域内的地面数据点,然后将剩余的无序点进行有序栅格化投射处理,根据道路边沿区域的几何特征与点云分布特征进行匹配筛选,再融合RANSAC的最小二乘法,以完成道路边沿曲线的鲁棒拟合。实验表明,算法在直道和弯道场景识别准确率均大于95%,耗时均低于15 ms,具有良好的准确性和实时性。所提算法能有效识别道路边沿,可为智能车可行驶区域的识别及控制提供理论参考与方法依据。     

基于关键点特征匹配的点云配准方法

针对ICP配准算法对点云的初始位置要求高、处理低重叠率的点云配准能力低的问题,提出了一种基于关键点特征匹配的点云配准方法. 设计一种多尺度加权法向投影均值差的关键点提取算法,结合SHOT描述子对关键点进行特征描述,融合几何一致性以及RANSAC算法去除匹配过程中的误匹配点对,优化关键点之间的对应关系,通过奇异值分解计算刚体变换矩阵,完成点云粗配准,使用ICP进行精确配准. 实验表明,本文提出的关键点提取算法能有效提取点云表面特征变化明显的点,使用SHOT特征对关键点进行描述,能够快速、精确地完成点云数据配准,并且对于较低重叠率的点云,也具有较好的配准效果.      

基于面结构光的T型焊接接头成形角度测量

针对钛合金带筋壁板T型焊接接头成形角度的测量需求,基于面结构光三维扫描仪设计了三维点云测量系统,以获取T型焊接接头区域三维点云。首先,对三维点云进行预处理,利用统计滤波去除离群点,通过直通滤波剪除场景点云和冗余点云,再用体素化栅格法简化点云;然后,使用区域增长算法分割出T型焊接接头的筋板点云和壁板点云;最后,基于随机抽样一致性（RANSAC）算法拟合出分割后的筋板和壁板平面点云,得到平面法向量,计算求得T型焊接接头的成形角度。将焊接前的测量角度反馈给装配机器人,用来修正筋板的装配精度;焊接后的测量角度则用来评判焊接成形质量。计算结果表明,运用所提的点云数据处理方法能快速精确地计算出T型焊接接头的成形角度。     

基于混合上下文熵模型的点云几何编码算法

针对三维点云存在的大量空域冗余信息，提出一种基于混合上下文熵模型的点云几何编码算法框架.通过多层感知机与Resnet网络分别对基于八叉树结构的点云和基于体素结构的点云特征进行上下文特征提取，并使用选择单元对上下文信息进行裁剪、选择和融合，使网络能够针对当前编码体素建立更加准确的概率模型，从而提高三维点云的压缩效果.同时，针对模型复杂度高的问题提出并行多尺度自回归进行概率估计的方案，大大降低了编解码时间.实验结果表明：点云几何编码算法能够有效降低每个体素所占的比特数并且整个编码过程无损；与G-PCC编码算法相比，压缩后比特率下降了14.27%.     

基于Clifford代数的3D点云模型数字水印算法

引入Clifford代数,在G3空间中建立了不依赖于特定坐标系的、多维统一的3D点云数据几何表征与计算模型.介绍了Clifford代数空间中的Fourier变换及其计算公式,进而提出了基于Clifford-Fourier变换的3D点云模型数字水印算法.该方法将点云模型映射为相应的Clifford几何空间域系数,并对其进行水印信息的嵌入和提取.实验分析表明,所提出的方法对平移、旋转、均匀缩放、重排序、简化和噪声等各种攻击均具有较好的鲁棒性.
     

露天矿点云数据中台阶线提取

台阶线信息对于露天开采具有重要价值，现有获取台阶线的方法工作量大、效率低、精度差，降低了矿山的生产效率和验收精度.因此，本文基于序列无人机影像生成的露天矿密集点云数据，研究并提出了一种自动提取露天矿台阶线的方法.该方法利用渐进形态学滤波算法对点云进行预处理，提出一种顾及邻域几何属性的三维边缘检测与曲率指数加权方法提取出台阶线特征点，并使用移动最小二乘法精确拟合出台阶线.实验结果表明该算法可以自动、高效、精确地提取出露天矿台阶线，生成露天开采现状图，对于露天矿生产和安全具有重要的应用价值.