點云數(shù)據(jù)配準算法研究.pdf

1、隨著計算機輔助設(shè)計技術(shù)的發(fā)展，通過實物模型產(chǎn)生數(shù)字模型的逆向工程技術(shù)由于它的獨特魅力獲得了越來越廣泛的應(yīng)用，與此同時，硬件設(shè)備的日趨完善也為數(shù)字模型操作提供了足夠的技術(shù)支持。為了得到被測物體的完整數(shù)據(jù)模型，需要確定一個合適的坐標變換，將從各個視角得到的點集合并到一個統(tǒng)一的坐標系下，形成一個完整的數(shù)據(jù)點云，然后就可以方便的進行可視化等操作，這就是點云數(shù)據(jù)的配準。 點云配準有手動配準、依賴儀器的配準和自動配準。通常我們所說的點云配準

2、技術(shù)即是指最后一種。點云自動配準技術(shù)是通過一定的算法或者統(tǒng)計學(xué)規(guī)律，利用計算機計算兩片點云之間的錯位，從而達到把兩片點云自動配準的效果。其實質(zhì)是把在不同的坐標系中測量得到的數(shù)據(jù)點云進行坐標變換，以得到整體的數(shù)據(jù)模型。問題的關(guān)鍵是如何求得坐標變換參數(shù)R(旋轉(zhuǎn)矩陣)和T(平移向量)，使得兩視角下測得的三維數(shù)據(jù)經(jīng)坐標變換后的距離最小。 目前，配準算法按照實現(xiàn)過程可以分為整體配準和局部配準，本文分別從速度和收斂性上論證了其優(yōu)缺點并進行了

3、一系列改進。 本文首先提出了基于迭代算法目標函數(shù)的改進，利用點到面的最小距離取代點到點的距離，得到了較好的收斂效果。但缺點是尋找點到面的最近點的過程增加了算法的時間復(fù)雜度。 接著，本文提出了一種基于法向特征的快速局部配準算法，通過人機交互的方法得到對應(yīng)的配準點以后，通過在局部范圍尋找精確對應(yīng)點，將剛體變換矩陣的未知量減少為一個，即單方向繞法向的旋轉(zhuǎn)，算法通過最小化局部最近點求解目標函數(shù)，整個算法過程簡單快速，配準結(jié)果較為

4、精確。 另外，本文提出了一種基于多尺度幾何描述子搜索的局部選取配準算法，通過三種幾何描述子來衡量點的幾何特征，并通過引入多尺度的概念來衡量較大范圍的幾何特征，有效解決了算法所面臨的二義性問題，使得對應(yīng)點和局部范圍的搜索更加精確，保證了配準算法的有效性。 最后，本文提出了一種基于等曲率點的逆向配準算法，首先對每個特征點的曲率利用哈希函數(shù)進行量化，然后利用曲率量化值反求三維點，通過對這些等曲率的點進行粗略的配準來完成預(yù)配準，