點云數(shù)據(jù)處理與特征識別關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、隨著三維掃描技術(shù)快速發(fā)展，點云數(shù)據(jù)在工程和眾多生活領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用的同時，給點云數(shù)據(jù)處理與模型重構(gòu)提出了更高要求。無拓撲結(jié)構(gòu)點云數(shù)據(jù)蘊含原始設(shè)計意圖與特征信息，精度數(shù)據(jù)處理、精確特征識別既是點云數(shù)據(jù)得以深入應(yīng)用的基本要求，也是點云數(shù)據(jù)應(yīng)用面臨的挑戰(zhàn)。本文針對點云數(shù)據(jù)特征識別的關(guān)鍵技術(shù)進行研究，主要工作如下:
　　(1)點云數(shù)據(jù)量隨掃描儀精度提高越來越大，針對大規(guī)模點云k最近鄰點搜索性能問題，提出了一種直接提取的k最近鄰點搜索算法

2、。該算法利用點鄰域空間重疊特性，在向量內(nèi)積替代距離計算基礎(chǔ)上，通過設(shè)計提取判別準則，直接從反最近鄰點的鄰域中提取鄰近數(shù)據(jù)點，該算法提高了點云數(shù)據(jù)k最近鄰點搜索性能。
　　(2)點云數(shù)據(jù)非均勻性和各向異性特征明顯，針對點云數(shù)據(jù)測地路徑生成問題，提出了一種基于非均勻網(wǎng)格化和正向跟蹤的測地路徑生成方法。該方法通過選擇主行進方向，確定主行進區(qū)域，減小網(wǎng)格規(guī)模、網(wǎng)格計算時間和路徑跟蹤時間。非均勻網(wǎng)格化路徑兩端點間的主行進區(qū)域，構(gòu)建基于單向非

3、均勻緊致差分的快速行進法提高網(wǎng)格計算精度。利用測地線正定向條件和測地線性質(zhì)，正向跟蹤生成測地路徑，同時獲得路徑上各點主法向量。該方法提高了非均勻點云及尖銳特征的測地路徑精度，解決了反向跟蹤方法因跨越網(wǎng)格邊界，導致路徑跟蹤失敗的問題。
　　(3)法線通常通過選擇有效鄰域點擬合微切平面得到，針對點云法線估算問題，提出了一種基于測地路徑的法線估算方法。該方法利用測地線主法向量與曲面法向平行性質(zhì)，以當前點為路徑起點，從全域范圍內(nèi)快速搜索遞

4、進鄰近點作為路徑終點，生成兩條測地路徑。分別擬合兩路徑上各點的主法向量，得到點云模型法平面，以兩法平面的交線近似點云法線。該方法實現(xiàn)了點云及尖銳特征的法線估算，解決了尖銳特征鄰域點難以選擇的問題。
　　(4)特征提取需要估算諸如曲率等幾何屬性并判斷變化趨勢。針對點云特征提取問題，提出了一種基于Laplace算子的特征點提取算法。以當前點為球心構(gòu)建局部球坐標系，將相近坐標點分組構(gòu)成潛在特征線并排序。基于離散Laplace算子構(gòu)建特征

5、檢測模型，標識潛在特征點的連接順序和潛在特征線的連接區(qū)域，提取點云特征。該方法實現(xiàn)了特征點檢測和特征線提取，避免了幾何屬性復(fù)雜計算，提高了尖銳特征附近區(qū)域特征點提取可靠性，解決了數(shù)據(jù)點之間幾何屬性無序比較導致特征線重建困難的問題。
　　(5)從無拓撲結(jié)構(gòu)點云數(shù)據(jù)識別曲面幾何形狀并提取幾何參數(shù)是點云曲面特征識別的核心。針對點云曲面特征識別問題，提出了采用高斯映射結(jié)合特征分析的基本圖元形狀識別方法。對高斯映射進行特征分析，把圖元曲面分