三维人体的点云获取与点云重建

针对三维人体重建中人体曲面复杂,点云庞大的问题,提出一种基于三维Voronoi图,并利用Delaunay三角剖分性质的Crust算法进行人体三维重建.采用三角测量原理计算三维坐标,散乱的点云构成Voronoi图,Delaunay三角剖分Voronoi图得到原始模型.利用Xjtuom三维面扫描仪测量人体点云,进而采集到了49幅不同角度和高度的图片,并用自带软件完成了配准.通过Matlab平台完成点云读取,点云精简和基于Crust算法的三维重建.实验表明,该算法可以保证曲面重建的拓扑正确性和收敛性.该三维重建系统能够实现人体庞大点云的三角剖分与人体复杂自由曲面的重建,并得到了360°无缝隙的人体重建模型.     

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。     

基于曲率图的三维点云数据配准

以曲率图作为三维点云数据的特征描述函数,并运用曲率图实现了三维点云数据的配准.对于含有噪声的点云数据,先根据每个点的邻域特性估算其曲率值,然后根据每个点及其周围邻域点的曲率值构造该点的曲率图.通过在多比例空间下曲率图的特征保持分析,可提取到最能反映该点云数据特征的特征点集.对于两两配准,这些特征点集被用于三维点云数据的粗略配准算法中,该算法利用点云内部空间点相对位置在刚性变换下的不变特性实现了特征点对的匹配,由匹配的特征点对进行坐标变换求解,完成了两三维点云的粗略配准,然后运用迭代最近点算法进行精确配准.最后将整个配准算法应用于真实的三维点云数据,结果表明该算法能有效抑制点云采样密度及噪声的影响,能够快速实现点云数据的精确配准.     

改进迭代最近点算法支持下的LiDAR点云与正射影像粗-精配准方法

针对直接迭代最近点算法(Iterative Closest Point,ICP)算法难以满足无人机LiDAR点云与正射影像高精度高效配准等问题,提出基于改进ICP的LiDAR点云与正射影像配准方法,为遥感地物目标解译提供丰富的空间信息和语义信息。首先采用体素滤波算法消除原始点云数据冗余;然后,利用主成分分析算法(Principal Component Analysis,PCA)对点云进行粗配准和计算刚体变换参数初始值,最后使用ICP算法实现LiDAR点云与正射影像精配准。实验结果表明,基于改进ICP的配准方法能够实现复杂地物分布、地物遮挡等情况下点云与影像快速、高精度地配准和点云纹理精准着色,相比原始ICP算法精度和效率分别提高了约1.8倍和3倍。     

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。     

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.     

核相关神经网络点云自动配准算法

点云配准是点云数据智能处理的重要问题,也是将点云应用于智慧城市、自动驾驶和智能三维重建等方面的关键。针对现有点云配准方法效率低、鲁棒性差的问题,提出了一种基于核相关神经网络的点云自动配准算法。首先构建点云核用于计算点云中每个点的核相关度,然后通过多层感知机对点云进行特征编码,基于编码特征向量估计点间对应关系并求解变换参数,最后以迭代方式来使待配准点云不断逼近目标点云,完成点云配准。使用斯坦福大学3D扫描模型库中的Bunny、Dragon、Happy、Elephant、Horse点云数据,对该算法以及迭代最近邻点算法（ICP）等多个算法进行对比实验。实验结果表明,所提算法能够对不同物体点云实现精确配准,精度和效率均优于所对比算法,且在点云数据存在噪声和密度不一致的情况下仍具有良好的稳定性和精度。     

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ISS-BSHOT特征的ICP点云配准方法

针对点云配准处理过程中配准精度低且耗时长等问题,提出一种基于内部形态描述子(intrinsic shape signatures, ISS)关键点与二进制方向直方图描述子(binary signature of histograms of orientations, BSHOT)相结合的点云配准方法.首先,计算点云分辨率,采用ISS算法提取源点云与目标点云的关键点,并利用BSHOT算法描述关键点邻域,通过汉明距离匹配对应点对;其次,采用随机采样一致性算法删除匹配错误的对应点对,完成粗配准;最后,利用迭代最近点(iterative closest point, ICP)算法完成精配准.实验结果表明,该算法可在保证配准精度的同时显著提高配准效率.     

基于改进ICP算法的三维点云刚体配准方法

针对含有噪声和外点的三维点云刚体配准问题,由于迭代最近点(iterative closest point,ICP)算法的配准精度较低,为此,该文提出了一种基于改进ICP算法的三维点云刚体配准方法.考虑到伪Huber损失函数对噪声和外点不敏感、鲁棒性强,首先,建立了基于伪Huber损失函数的三维点云刚体配准模型.其次,利...     

基于遗传算法的点云注册技术研究

提出了一种基于遗传算法的点云配准技术,将点云数据与3D模型进行配准,对模型建立KD树,进行最近邻搜索,获取点云到3D模型中最近的点,根据各点到模型的距离来作为适应度判断依据.仿真结果表明:该算法达到一定的配准精度,具有全局收敛、配准时间短、对初始位置要求不高的特点.     

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.     

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.     

面向三维人体重建的前、后片配准算法

针对传统三维图像配准算法需要获取目标物体多个模型数据的不便,以及三维重建过程耗时较长的不足,提出了一种基于三维人体表面前、后片模型的配准算法.该算法首先使用Kinect三维扫描设备获取的人体表面前、后片模型点云数据,作为配准过程的参考点集和目标点集;然后,选取前、后片模型的边缘轮廓信息作为配准特征点,通过迭代优化过程,使得前、后片能够较好地配准;最后,通过空间曲线插值方法填充模型边缘缝隙,得到完整的三维人体模型.试验结果表明,该算法只需要获取目标物体的前、后片三维数据,模型采集及配准效率高,配准精度好,即使针对初始位置相差较大的两个模型片也能得到准确的配准效果.     

基于同名控制点的三维激光点云配准

多站点云数据配准是三维激光扫描数据处理的重要环节.基于同名控制点的七参数配准模型是一种具有较高精度的算法模型.推导了七参数配准的过程,编程实现了多站三维激光点云的配准,并验证了配准结果的精度.     

基于概率直方图的点云特征描述符算法

针对现有点云特征描述符算法提取较慢的问题,提出一种基于概率直方图的点云特征描述符提取方法。该算法首先选中计算点作为中心点,建立一个球形点云区域,在此球形区域内建立局部坐标系,计算球形区域内所有邻域点和原点的模长及与坐标轴的角度,得出概率直方图,作为该点的特征描述符。实验结果表明,该算法能够快速提取出该点的特征,并且能使用此特征在采样一致性初始配准算法中准确的进行点云的配准,配准速度较传统算法有所提升。     

用于面部虚拟整形的三维人脸重建系统设计

为解决面部整形手术成功率低的问题,设计了用于面部虚拟整形的三维面部重建系统。该系统首先利用高精度深度相机采集人脸多角度深度图像,将每幅深度图像分别转换为对应点云模型并进行去噪预处理。接着,将正面点云和侧面点云进行粗匹配实现点云拼接,并提出一种改进的精配准算法进行精配准,得到目标人脸三维点云模型。对点云模型网格化处理后,提出一种基于半边结构的细分算法来提高重建模形精度,最后完成贴图即可构建人脸模型。为了验证所设计系统的重建精度,设计了对比实验。结果表明:系统重构人脸与其他重建系统相比,提高了人脸精度,且与真实人脸间差距小于2 mm,可以将其应用于面部虚拟整形,从而对专业医师提供术前指导,提高手术成功率。     

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.     

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。