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.     

点云数据的自动配准算法研究

针对传统ICP(Iterative Closest Points)配准算法计算量大、收敛速度慢且要求待配准的两片点云数据重合程度较高的问题提出了一种改进方法:首先基于均匀采样法精简点云数据;其次采用Kd-Tree算法查找最近点并基于距离阈值剔除错误匹配点;接着优化目标误差函数,计算点到切平面的距离;最后采用多角度的全局配准方法将两片重合程度最小的点云较好地配准在一起.通过对比实验,验证了本文的改进型ICP算法在运行时间和配准精度上都对传统的ICP算法做出了较大改进,取得了较好的配准效果.     

基于NDT与ICP的快速点云配准算法

点云配准是三维重建过程的关键一步。传统配准算法的速度较慢,尤其是在两个点云距离较远或点云数据较大的时候,为此本文提出了一种基于NDT和ICP的快速点云配准方法,能够有效地减少配准时间。本文算法主要分为三步：(1)采用NDT算法进行点云粗配准,调整两点云间的距离和点云姿态;(2)采用ICP算法对粗配后的点云数据进行微调,调整点云位置与姿态;(3)采用ICP算法对微调后的点云进行精确配准。实验结果表明,与传统算法相比,在点云数据量较大或者两个点云距离较远的情况下,本文算法也能够达到较快的配准速度与较高的配准精度。     

基于正态分布变换与迭代最近点的快速点云配准算法

点云配准是三维重建过程的关键一步。传统配准算法的速度较慢,尤其是在两个点云距离较远或点云数据量较大的时候,为此提出了一种基于NDT和ICP的快速点云配准方法,能够有效地减少配准时间。本文算法主要分为三步:(1)采用NDT算法进行点云粗配准,调整两点云间的距离和点云姿态;(2)采用ICP算法对粗配后的点云数据进行微调,调整点云位置与姿态;(3)采用ICP算法对微调后的点云进行精确配准。实验结果表明,与传统算法相比,在点云数据量较大或者两个点云距离较远的情况下,算法也能够达到较快的配准速度与较高的配准精度。     

基于Kinect传感器的移动机器人室内三维环境创建

针对移动服务机器人需要感知室内工作环境问题,提出了一种基于低成本Kinect传感器的三维环境创建实用方法。机器人在移动过程中,Kinect传感器实时采集RGB信息和深度信息,将RGB图像信息映射到深度图像信息中,采用联合双边滤波对深度图像进行预处理,获得质量比较高的点云数据。对采集到的大量点云数据,采用半径滤波器算法对点云进行精简,剔除离群点,减少点云数量,提高匹配速度。点云配准时,采用NDT算法完成初始配准,从而得到图像帧间粗略的转换关系,并运用GICP算法对采集的多视角点云数据进行精确配准,得到拼接的三维点云场景。实验结果表明:本文方法具有更好的重建效果和更高的效率,可以应用于室内场景三维环境创建。     

一种三维重建技术中基于点云粗配准方法

伴随着计算机技术应用与三维扫描应用的发展,点云三维重建技术被普遍的应用到计算机辅助设计、虚拟现实、测量学、医学等各种领域.选取了斯坦福大学提供的点云数据作为研究对象,提出了从点云配准,点云降采样,点云滤波到重建三角面的实现方案.通过粗配准算法处理点云,使用精配准ICP算法;经过配准得到的点云降采样;采用双边滤波平滑点云;重建点云模型.通过对比斯坦福大学提供的重建后的模型,结果表明,本文的方法在点云三维重建方面有较好的表现.     

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.      

基于高重叠度视角的锁销点云模型的快速建立

基于高重叠度视角,提出了一种在集装箱码头针对锁销模型快速建立的三维点云拼接方法.实验使用Azure Kinect深度相机采集场景点云,并对点云进行预处理,得到目标点云.对于视角略微不同的锁销,在采用采样一致性初始配准算法(sample consensus initial algorithm, SAC-IA)的基础上,利用经典的迭代最近点(iterative closest point, ICP)算法进行配准,确定2片点云的重叠位置关系.在总体拼接过程中,用锁销在相机z方向投影的包围盒面积的相对大小,来估计锁销的大体形状;然后通过对比相邻视角该面积的差值,选取数量合适的、重叠度较大的点云视角,保证配准的正确率并减少耗时.实验结果表明,该方法对锁销的配准误差较低,可以较快速地建立适用于类型匹配的工件模型.     

基于点云的SUSAN特征点检测算法在三维重建中的应用

针对三维重建中点云特征点检测问题,提出了一种基于点云的最小核值相似区(SUSAN)特征点检测算法,并将其应用于三维重建的初始配准.首先,对待测点云进行遍历,利用kd-tree数据结构获取三维r-邻域核值相似区,计算得到点云的候选特征点;其次,使用快速点特征直方图对候选点进行特征描述并实现两幅点云特征点间的匹配;最后,利用奇异值矩阵分解法计算变换矩阵,完成两幅点云的初始配准.实验结果表明该特征点检测算法计算效率较高,产生的特征点匹配准确,可为精确配准提供较好的初始位置.     

基于特征点匹配的点云配准方法研究

针对快速点特征直方图(fast point feature histogram, FPFH)与迭代最近点(iterative closest point, ICP)算法结合的配准方法达不到精度要求的问题,文章在FPFH的基础上加入特征点的提取与匹配,使得配准精度进一步提升。该方法先通过尺度不变特征变换(scale-invariant feature transform, SIFT)算法和3DHarris算法对点云数据的特征点进行提取,再通过计算FPFH寻找对应点对,使用随机采样一致性(random sample consensus, RANSAC)算法剔除错误点对,通过奇异值分解(singular value decomposition, SVD)算法计算初始旋转矩阵和平移矩阵,最后用传统ICP精配准。结果表明,基于特征点匹配的算法相比基于特征描述的算法精度更高。     

基于改进ICP算法的室内环境三维地图创建研究

提出一种基于离散选取机制的改进特征点ICP算法,并设计了基于该算法的三维地图创建方法.该方法分为3个阶段,首先提取并匹配相机运动过程中采集的RGB彩色图像中的SURF特征点;然后结合RANSAC算法进行初始配准,优化特征点集初始位姿、去除误匹配,并结合基于离散选取机制的特征点ICP算法进行精确配准;最后利用g2o图优化算法结合关键帧实现对相机运动轨迹的优化,减少累计误差,并将相机采集到的点云数据根据相机当前位姿构建三维点云地图.经过在5个公开数据集环境下进行实验对比,证明本方法的可行性和有效性,在相机运动长度为15.989 m的情况下误差仅为0.059 m,且能够准确地创建实验环境的三维地图.     

基于自由曲面的点云配准算法

为了提高自由曲面工件的配准效率,提出了一种基于共面4点集的RANSAC初始配准算法和改进的迭代最近点(ICP)精确配准算法相结合的2步配准方法.首先,在基于RANSAC算法的机制上,通过点间距离和比例关系寻找2片点云的共面4点集,利用共面4点集这一不变量来约束RANSAC算法提取的样本,使点云经过初始配准后得到一个较好的初始位置;然后在基于原始ICP算法的基础上作出相应的改进,对点云初配结果进行优化,使得点云之间的配准误差达到最小,以实现点云的精确配准;最后,对2组简单工件的CAD曲面点云模型进行配准仿真.结果表明:该算法相对于传统ICP算法运行时间减少48%,精度提高56%,能够满足配准要求.     

基于SURF-RANSAC配准的三维重建

为了提高三维重建中双目特征匹配的匹配效率和重建质量,在基于传统的加速鲁棒特征(SURF)匹配算法基础上,提出了一种基于SURF-RANSAC配准的三维重建算法。利用左右两幅图像来进行三维重建,首先通过Hessian矩阵来获取目标图像的初始特征点,并用邻近快速搜索算法完成初步的特征点匹配,然后融合随机抽样一致性算法(RANSAC)来优化匹配,最后利用三维坐标和纹理映射来完成三维重建。在Open CV上对该算法进行验证。结果表明,本文算法比传统的三维重建算法具有更高的精确度和更快的速度。     

基于关键点的点对特征三维目标识别算法

针对复杂场景下的三维点云目标识别速度慢,准确率低的问题,提出了一种基于关键点的点对特征三维目标识别算法. 通过直接对关键点建立点对特征,避免了周围邻域局部曲面的特征计算,具有空间维度小和计算速度快的特点. 使用哈希表存储,加快了特征匹配的时间. 利用快速投票方案对模型点云和场景点云进行匹配识别,生成候选位姿,利用贪婪算法对候选位姿进行聚类与筛选,采用ICP算法对物体位姿进行优化,基于配准后的点云重叠情况完成目标识别. 对提出的算法在多个数据集以及真实场景下进行了实验,验证了所提出的识别方法具有可行性和有效性,且对噪声的鲁棒性较强,具有一定的实际工程应用价值.      

流形和非流形方法对配准算法的影响分析

针对最近点迭代算法(Iterative closest point,ICP)求解步骤繁琐导致的迭代速率下降问题,提出了一种利用李群流形空间扰动的变换率求解雅可比矩阵的方法.该方法首先在点云配准前对点云数据进行随机降采样,其次使用K-D树搜索的方法进行2帧点云的搜索匹配,然后利用非流形的方法对ICP进行迭代求解,最后得到...     

四自由度点云初始配准算法对比

针对更贴合实际点云数据处理的四自由度点云初始算法,进行了背景的介绍,选取了目前主流的5种四自由度点云初始配准算法,分别为RANSAC算法、LM算法、BnB算法、FMP-BnB算法和K-4PCS算法;对2组室内场景点云数据和2组室外场景点云数据进行配准,对配准结果从精度和效率两方面进行了对比分析.实验结果表明,不同的算法适用的数据类型不同,在进行实际的数据初始配准时,可依据数据类型选取合适的算法.     

基于改进FPFH-ICP的车载激光雷达点云配准方法

为了改善传统车载激光雷达点云配准方法准确度低、计算速度慢的问题，提出了一种基于快速点特征直方图（fast point feature histograms, FPFH）初始匹配与改进迭代最近点（iterative closestpoint,ICP）精确配准相结合的改进FPFH-ICP配准算法。配准前使用体素滤波器和statistical-outlier-removal滤波器进行预处理；采用FPFH提取点云特征，基于采样一致性（sample consensus initial alignment, SAC-IA）进行初始配准，为精确配准提供良好的位姿信息；建立K-D树并在传统ICP配准算法的基础上添加法向量阈值，对车载激光雷达点云数据进行精确配准；在4种不同场景的实验中，改进FPFH-ICP配准比ICP配准的均方根误差和配准用时分别平均减少了7.56%和41.22%，比点特征直方图（point feature histograms, PFH）配准的均方根误差和配准用时分别平均减少了30.28%和18.95%，表明改进的FPFH-ICP能够对车载激光雷达点云数据实现精确且高效的配准。     

基于几何特征的点云配准算法

为了有效地解决不存在明确对应关系的点云配准问题,提出了一种基于点云几何特征的配准算法.首先以点云的曲率为联系特征,搜索配准点云的匹配对集合;然后利用邻域特征对各匹配对进行相似性度量,提取有效配准对,并引入刚体变换中向量几何性质剔除其错配对,生成点云初变换;最后采用ICP算法对点云初配结果进行优化,实现点云精确配准.仿真实验结果表明:该算法具有较高的配准精度,且配准时间较短,是一种可行的点云配准算法.     

一种基于PVDAC描述子的RGB-D三维点云配准方法

利用RGB-D数据进行三维点云配准时容易陷入局部最优.针对这个难题,提出了一种基于多维特征的PVDAC描述子实现三维点云配准的方法.该方法首先通过ORB特征检测算法提取二维数据的关键点,并计算关键点在2D下的灰度特征,然后构建关键点在3D下的局部像素值距离、点云法线角度以及曲率特征,接着将2D特征和3D特征联合生成全新的PVDAC像素描述子,并利用PVDAC像素描述子描述关键点实现三维点云的粗配准,最后基于ICP算法完成三维点云的精细化配准.实验表明,本文算法在大场景点云配准时总体均方误差约为0.05 m2,在小场景单物体点云配准时达到了0.000 2 m2的较小误差,实现了三维点云的精确配准.     

基于特征的刚体碎块断裂面层次化匹配方法

刚体碎块断裂面的匹配是通过旋转和平移变换将两个断裂曲面变换到同一坐标系统下的过程。为了提高断裂面匹配的速度和精度,提出一种基于局部特征和改进迭代最近点(iterative closest point,ICP)算法的层次化的匹配方法。首先,对刚体碎块外表面进行曲面分割,并根据粗糙度提取其断裂面;然后提取断裂面的局部深度、法线的偏角和点云密度等局部特征;最后采用基于局部特征和改进ICP算法的方法来实现断裂面的精确匹配。实验结果表明,基于局部特征的断裂面匹配算法能够精确、快速地实现刚体碎块的部分匹配和完全匹配,是一种有效的刚体碎块匹配方法。