面向缺失点云配准的镜像迭代最近点算法

面向点云配准任务,以改善重叠度较低的点云对之间的配准效果为研究目的,提出了一种有效的缺失点云配准算法——镜像迭代最近点算法。该算法以建立源点云和目标点云之间的镜像型对应关联性为核心,具体过程为：首先建立源点云到目标点云的前向对应关系,以捕获位于重叠区域的特征点;然后建立重叠区域的后向对应关系,以获取可靠匹配对集合;最后根据可靠匹配对估计最优刚体变换矩阵。此外,通过KD树构建和特征扩展两方面进行优化,以提升算法效率。所提算法仅依赖重叠区域匹配对集合,具有良好的鲁棒性和抗干扰能力。在斯坦福数据集上的实验结果表明：对于较低重叠度的数据集,所提算法在精度和效率上均优于以往的多数算法;对于较高重叠度的数据集,所提算法使精度平均提升28.8%,使效率平均提升47.9%。实验证明所提算法能快速且可靠地配准缺失点云。     

自适应平衡因子的混合特征提取算法

特征提取是3D点云配准中的重要步骤。针对RGBD点云数据独有的颜色信息,提出一种自适应平衡因子的混合特征提取算法。首先,引入几何特征度、颜色特征度和混合特征度的概念,混合特征度由几何特征度、颜色特征度和平衡因子决定。然后提出一种自适应的平衡因子估计方法,针对不同模型的几何特性和颜色特性自适应估算平衡因子,计算混合特征度,并根据混合特征度选择特征点集,最后采用改进的6DICP算法进行配准。实验结果显示,该算法提高了RGBD点云数据的配准精度、减少了算法耗时。     

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。     

多视图点云配准算法综述

以多视图点云配准为研究对象,对近二十余年的多视图点云配准相关研究工作进行了全面的分类归纳及总结．首先,阐述点云数据及多视图点云配准的概念．根据配准的任务不同,将多视图点云配准分为多视图点云粗配准和多视图点云精配准两大类,并对其各自算法的核心思想及算法改进进行介绍,其中,多视图点云粗配准算法进一步分为基于生成树和基于形状生成两类;多视图点云精配准算法进一步分为基于点云的点空间、基于点云的帧空间变换平均、基于深度学习和基于优化四类．然后,介绍了四种多视图点云配准数据集及主流多视图配准评价指标．最后,对该研究领域研究现状进行总结,指出存在的挑战,并给出了未来研究展望．     

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.     

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。     

无序多视角点云的自主配准方法

为了提高自主多视角点云配准方法的效率和精度,提出一种基于特征匹配的无序多视角点云全局配准方法,通过计算和匹配点云的特征描述子快速实现双视角点云配准;设计了有效的判定准则用于判别双视角配准的结果是否可靠;利用所提出的模型扩展方法对可靠的双视角配准结果进行点云模型的扩展。通过交替地执行双视角配准、配准结果判别和模型扩展,该方法可实现无序多视角点云的全局配准。在斯坦福图形学实验室公开数据集上的实验结果表明,与效果较优的同类方法相比,该方法可使得配准效率平均提高近5倍,且配准误差显著下降,同时可提高多视角点云配准的性能。     

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.     

面向RGB-D数据的4D-ICP点云配准方法

针对三维彩色物体的配准问题,提出一种面向RGB-D数据的点云配准方法.首先利用主方向贴合方法将待配准的两片点云快速拉近,使它们近似对齐;在点云精确配准阶段,将RGB颜色值转换成单通道的灰度值,并将灰度值范围映射到几何数据的范围,由映射后的灰度值和点云的几何信息构成四维向量;然后由点的局部邻域几何信息和颜色信息构造混合特征描述子,根据混合特征描述子获得源点云的特征点,在四维向量空间,利用k近邻算法在目标点云中搜索对应点,以提高搜索效率;最后,定义了一种基于4D欧氏距离的ICP算法,通过4D-ICP迭代算法实现点云的精确配准.实验结果表明,面向RGB-D数据的4D-ICP配准方法,能够快速有效地实现RGB-D点云模型的配准,并在配准精度和保持颜色纹理方面效果突出.     

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。     

基于加权运动平均的多视角点云鲁棒配准方法

本文提出一种基于加权运动平均的多视角点云配准方法,有效提高了多视角点云配准的效率和精度.首先,通过双视角点云配准算法得到点集的相对运动集;提出一种分层渐进式点云配准初值确定方法,该方法计算运动关系图中三视匹配元一致性度量,逐步挑选最为可靠的匹配元进行顶点初值化与顶点扩展,有效避免了因所选初值与真值偏差较大导致加权运动平均效果不佳的问题;依据上述方法确定配准初值,并根据该初值判断双视角匹配结果的可靠性,以剔除相对运动集内包含的外点,最后将剔除外点后的原始相对运动集的内点子集作为加权运动平均算法输入的相对运动集.以斯坦福公开数据集为对象开展了对比实验,基于双视角配准算法分别获得了4个测试点集在30%、25%和20%双视角点云重叠率阈值下的双视角配准结果,共形成12组相对运动集.其中,相对运动集误差随重叠率阈值的下降逐渐增加.所提方法在12组运动集上均获得了最佳的配准结果,证明了本文所提出方法在提高加权运动平均方法计算精度与效率方面的有效性.此外,当运动集包含大量外点时,采用本文所提方法仍能获得较为准确的配准结果,证明了本文所提方法的强鲁棒性.     

基于四元约束的多视角建筑物Lidar点云配准方法

基于建筑物Lidar点云的特点,提出一种基于四元约束的多视角点云配准算法。建筑物Lidar点云的实验结果表明,在复杂和大场景建筑物Lidar点云的多视角配准中,该算法可以得到较好的配准精度。     

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.      

融合颜色与几何信息的点云配准

目前,大部分点云配准算法是基于点云数据的几何特征进行描述.随着能够同时采集对象坐标和颜色的扫描设备出现,为更好利用颜色信息,对彩色点云中的颜色信息描述进行研究,提出一种基于颜色分布的3DLGOP特征描述子,并将其与几何特征描述子FPFH、颜色特征描述子CSHOT融合,设计出FPFH-3DLGOP的混合描述符,采用最近邻比值法得到初始对应关系,采用随机采样一致性去除错误对应关系,对匹配关系使用奇异值分解（SVD）求得三维刚体变换矩阵,进而完成点云配准.实验表明,所提出的特征描述符充分地利用了点云数据的颜色特征与几何特征,不仅可以很好地完成彩色点云的配准,而且还提高了配准的匹配率和精度.     

一种基于法向量夹角的点云配准方法

点云配准是逆向工程、机器人导航、计算机视觉等领域中进行三维重建的关键问题.针对4PCS配准算法对点云数据密度变化强烈的情况表现不稳定,以及为了保证效率海量点云数据必须进行下采样而导致对应点对无法得到保证的情况,本文提出了基于法向量和邻近点数目的特征点提取方法对算法进行改进.选取一个半径范围内的点作为邻域,并通过总体最小二乘法拟合局部平面求解法向量,之后利用法向量夹角和邻域大小进行特征点提取,最后在特征点集上进行4PCS算法.因为点集基数大幅度减少并且特征明显,有效提高了4PCS算法的速度和精度.     

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.     

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,利用RGB-D点云数据中颜色信息辅助建立点云对应关系,以提高改进ICP算法中对应点匹配的准确性。最后,结合奇异值分解(singular value decomposition, SVD)和Levenberg-Marquardt(LM)的优化算法对三维点云刚体配准模型进行优化求解。实验结果表明,该文所提三维点云刚体配准方法的配准精度高,能够有效抑制噪声和外点对配准精度的影响。