形貌约束的多视角点云分阶配准方法

为提高大数据量多视角点云的配准效率,提出一种基于多分辨率模型的多视角点云分阶配准方法。首先根据平坦形貌约束条件对点云进行递归分割,提取所得割集的核心点作为特征点构造多分辨率模型,然后采用迭代最近点算法基于该模型上层数据求解多视角点云的初始变换矩阵,将其作用于模型后逐级求解下层数据的变换矩阵,最终将复合变换矩阵同步作用于原多视角点云,实现原多视角点云的精确配准。实验结果表明,该分阶配准方法可有效缓解点云单一简化结果导致的配准精度与效率之间的矛盾,在显著降低点云规模的前提下实现原始点云精确配准;当点云规模达106级别时,与加权尺度迭代最近点(WSICP)算法相比,该方法的计算效率提高约2.5倍。     

浅析基于云模型的人工蜂群算法

人工蜂群算法是一种模拟蜜蜂群体寻找优良蜜源的仿生智能优化方法,是最新提出的智能优化算法,近十年来己经成为智能计算领域的一朵奇葩。许多学者致力于研究改进人工蜂群算法的性能,并取得了不错的成果。云模型是我国学者李德毅院士提出的定性和定量转换模型,其应用一直是研究的热点,有不少学者将云模型与智能优化算法结合,并成功地用来解决一些实际问题。该文在对人工蜂群算法深入研究的基础上,利用云模型的优点,提高蜂群的搜索寻优能力,使得人工蜂群算法有更快的收敛速度。     

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.     

三维后期重建中基于果蝇优化的点云数据配准研究

为了提高三维后期重建中的点云数据配准成功率，采用果蝇优化算法进行点云的最优变换矩阵和平移向量求解。首先，提取源点云特征，并结合模板点云特征构建点云配准目标函数。接着，建立果蝇优化算法点云配准模型，以点云配准目标函数作为果蝇优化算法适应度函数，并通过对最优浓度个体的搜索，完成最优变换矩阵和平移向量的求解。为了提高果蝇优化算法搜索精度，采用自适应气味浓度变换率参数，以增强果蝇优化算法对大规模点云的配准适应度。仿真结果表明，即使对源点云引入不同强度的噪声信号和不同规模的离群率干扰，果蝇优化算法的仍能够表现出较高的点云配准成功率和稳定性。相比常用点云配准算法，所提算法的旋转均方根误差和平移均方根误差更小，且配准的成功率更高。     

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Memetic框架混合群智能算法的NARMAX模型参数辨识

针对NARMAX模型的参数辨识问题,提出一种新颖的混合群智能算法.该算法在Memetic算法框架的基础上,采用粒子群算法与人工蜂群算法融合作为全局搜索策略,采用单纯形优化法作为局部搜索策略.针对三个复杂程度不同的NARMAX模型进行的参数辨识仿真实验,结果显示,与标准人工蜂群算法和随机惯性权重粒子群算法相比,新算法无论在鲁棒性还是求解精度上都具有一定优势.     

采用群智能算法的多约束问题优化

为了解决约束优化问题,采用一种基于群智能算法优化的多约束问题优化方法.首先构造同时计及约束条件和优化适应度的目标函数,然后分别利用粒子群算法和人工蜂群算法优化其函数,从而获得约束条件下的优化解.仿真结果表明,该多约束问题优化方法是可行性的,人工蜂群算法比粒子群算法具有更好的搜索和收敛能力.     

基于佳点集人工鱼群的点云配准算法

针对点云配准迭代最近点(iterative closest point, ICP)算法对点云的初始位置姿态有较高的要求且易陷入局部最优的问题,文章提出一种基于佳点集人工鱼群的点云配准算法。首先采用佳点集方法对人工鱼群初始化,解决人工鱼群因初始种群分布不均而陷入局部最优的问题,并通过下采样与三维尺度不变特征变换(3D scale invariant feature transform, 3D SIFT)特征点提取简化点云;然后采用快速点特征直方图(fast point feature histogram, FPFH)特征描述解求点云间的对应点对并剔除错误对应点对,通过佳点集人工鱼群算法寻优刚性变换的6个参数完成粗配准;最后使用ICP算法完成精配准。实验选取斯坦福大学提供的Bunny、Dragon和Happy Buddha 3组测试数据集进行配准;结果表明,该文算法收敛速度快,能为ICP算法提供良好的初始位姿避免其陷入局部最优。     

基于人工蜂群技术的海杂波参数优化方法

针对高海情时海杂波有较长拖尾的问题,提出一种基于人工蜂群技术的海杂波参数优化方法。在雷达目标的环境模拟中,海杂波的建模与仿真是重要的组成部分,对于对数正态分布的海杂波,根据零记忆非线性变换法的原理,结合人工蜂群算法对海杂波的产生过程进行参数优化,讨论具体的实现过程,并找出合适的滤波器系数,得出理想的杂波谱。仿真结果表明:该方法的性能要优于以往的基于粒子群优化技术以及遗传算法的参数优化方法。     

基于粒子群优化聚类算法的点模型简化

为了有效地简化稠密采样点模型,提出了一种基于粒子群优化聚类算法的点模型简化方法.引入了具有强大全局寻优能力的粒子群优化算法,对传统的k-均值聚类算法进行改进,基于改进的聚类算法对点模型进行简化,选取具有最优个体适应度函数的粒子作为原始采样点集的最终简化模型.算法聚类依据采样点的空间位置、法向和曲率的邻近性,实现了点模型表面区域几何特征保持的简化.同时在聚类区域的划分中考虑了曲率阈值和区域半径,使得算法在有效地保持特征边界和曲面细节的同时,能够生成高质量的简化曲面.实验结果表明,粒子群优化的k-均值聚类算法克服了传统聚类算法容易陷入局部极小的缺点,具有更好的全局收敛性和较快的收敛速度.该简化方法在有效简化点模型的同时,很好地保持了原始模型的几何形状,且在相同简化效率下能够生成更高质量的简化曲面.     

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.
     

点云初始配准的优化求解算法

针对基于对应点匹配的点云配准算法过于依赖点云初始位置并且配准效率较低的问题,提出一种基于序列图像运动法重建的点云初始配准算法。首先,根据透视投影原理对相机在点云局部坐标系中的位置进行定位,获取将点云变换到对应相机坐标系的变换矩阵;然后,以图像特征点及其对应的匹配点作为同名点,通过重建序列图像对相机外参数进行全局优化;最后,根据推导的初始配准公式快速实现点云初始配准。实例验证结果表明,该初始配准算法对点云的初始位置无严格要求,能以较小的计算量获取近似全局最优的点云初始配准结果;将初始配准参数作为迭代最近点算法的初始值,可有效提高迭代最近点算法配准的稳健性,计算效率提高了30%以上。     

基于扩展相位的柱面图像拼接算法研究

提出了一种柱面图像拼接方法,首先利用扩展相位相关算法获取变换矩阵,将其经过Levenberg-Marquart（LM）算法优化之后获取理想8参数模型,其次利用8参数模型进行同心圆焦距的估计,获取柱面拼接图像的半径,最后对投影后的柱面图像再利用扩展相位相关算法、加权融合算法进行拼接,实验验证了这种方法的有效性。     

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。     

结合Retinex增强的井下图像拼接方法

为在矿井环境下尽量多的提取图像特征点数量,从而监控矿井下生产情况.采用局部双边滤波算法对图像进行增强,再利用近似的Hessian矩阵和框状滤波确定特征点的位置;计算特征点的描述子向量,采用最近距离比次近距离的匹配算法将特征点配对,使用RANSAC算法消除误匹配错误;利用特征点计算出变换矩阵,采用线性渐变融合方法进行图像融合.研究结果表明:图像增强后特征点数量明显增多,SURF算法的拼接效率显著上升,有利于提高匹配的准确性和拼接的快速性.     

基于粒子群优化算法的散乱点云数据配准

针对目前散乱点云数据配准算法在精度、速度和优化等方面存在的问题,提出一种基于粒子群优化算法的点云数据配准算法.该算法首先根据数据点之间曲率的相似度函数,采用粒子群优化算法在两组点云数据中搜索可以匹配的点对集合,然后用最近点迭代算法进行二次配准,实现了两组散乱点云数据的精确配准.对比实验表明,该算法配准速度快,效果好.     

复杂采空区激光多点探测及点云拼接与精简

针对复杂采空区激光探测中存在探测"盲区"和点云数据分布不均的问题,研究激光多点扫描和点云数据拼接与精简方法.通过多点探测避免了单次探测"盲区",加密了数据稀疏区.提出了基于公共坐标和最小二乘法的靶标矩阵转换方法,实现了多点探测点云的拼接.统计了点云密集区的分布规律;对密集散乱点云,提出了沿y轴方向分层剖分,层内数据以x和z坐标极值分区,区内每点以x值排序后依步长筛选的精简算法.大型贯通采空区验证表明:基于最小二乘法的拼接算法最优,误差范围在0.1 mm左右;数据精简率为15%~25%,确保了边界三维信息的完整性.     

保留边界特征的点云简化算法

为有效简化点云数据,提出保留边界特征的点云简化算法。该算法利用三维栅格划分法建立散乱点云的空间拓扑关系,计算每个数据点的近邻,通过球拟合法求得其曲率和具有方向性的法向量,采用投影点个数比值法找到并保留点云边界,根据具体情况设定所需阈值,对非边界点进行分类,通过对点的曲率与平均曲率比较、近邻保留点与近邻点个数比例,完成点云简化。实验结果表明：该算法不仅能对点云进行直接有效地简化,而且还能很好地保留点云模型的细节特征,简化比例达25％～40％。该方法可以满足不同种类点云简化的要求,能够提高计算机运行效率。     

基于混合群智能算法优化BP神经网络的粮食产量预测

针对前馈神经网络预测粮食产量的方法易陷入局部最优的问题,提出一种基于粒子群算法和人工蜂群算法的改进BP神经网络模型.利用粒子群优化算法和人工蜂群算法在全局搜索能力上的不同优势,结合两者对BP神经网络的权值和阈值进一步优化,以提升粮食产量预测模型的准确性与鲁棒性.给出基于粒子群和人工蜂群混合的ABPSO算法的具体实现,并选择1979年至2012年我国粮食的产量及影响其产量的8项因素作为数据集进行试验.结果表明:改进的BP神经网络能够较好地预测国内近几年的粮食产量变化趋势;相比未优化的BP模型,新算法预测误差平均值由847 780 t降低至240 320 t,误差范围由1 894 200 t降低至586 800 t.