【摘要】：三維激光掃描技術(shù)的崛起和快速發(fā)展,使得人們對三維空間信息有了更多的認知和探索。為了獲取建筑物完整的三維Lidar點云數(shù)據(jù)模型,就需要針對不同視角的點云數(shù)據(jù)的進行高效、精確的配準。由于Lidar點云數(shù)據(jù)具有分辨率高、離散性,數(shù)據(jù)量大等特點,經(jīng)常造成不同角度采集獲取的點云數(shù)據(jù)在密度、尺度以及數(shù)據(jù)的完整性存在一定的差異性,這樣就給Lidar點云配準工作帶來很大的挑戰(zhàn)性。故本文將以建筑物Lidar點云數(shù)據(jù)作為研究對象,針對多視角Lidar點云數(shù)據(jù)配準過程中局部特征匹配不穩(wěn)定和尺度不一的點云數(shù)據(jù)配準精度低的問題展開研究,主要的研究工作如下:1、針對三維建筑物Lidar點云配準過程中局部特征匹配生成大量的錯誤匹配關(guān)系對使得特征匹配的穩(wěn)定性降低,從而導(dǎo)致配準精度不足的問題,提出了基于四元約束的多視角Lidar點云配準算法。首先,需要計算三維點云的法向量,利用每個點和k近鄰點之間的關(guān)系計算每個點的法向量,然后基于特征點與其領(lǐng)域點的法向量之間的關(guān)系計算點云的FPFH特征描述子,它可以表示建筑物Lidar點云的幾何特征,其次,利用該三維特征描述子進行局部的特征匹配,尋找兩組不同視角的Lidar點云之間的初始匹配點對;在使用互為最近鄰約束條件剔除重復(fù)和錯誤的匹配點對的基礎(chǔ)上,另外加入四元約束使得錯誤的匹配點對得到更好的剔除,通過兩個約束的結(jié)合保證局部特征匹配的穩(wěn)定性,最后實現(xiàn)點云的配準。針對含有凹凸墻面、樹木場景、大尺度建筑物點云數(shù)據(jù),對比本章算法和ICP算法、GICP算法和Fpr算法的實驗結(jié)果可知,基于四元約束的多視角Lidar點云配準算法能夠提升多視角建筑物Lidar點云配準的精度。2、針對多視角尺度不一的Lidar點云數(shù)據(jù)的配準精度不足的問題,提出了基于法向量約束的多視角Lidar點云配準算法。該方法的原理是首先計算點云中的每個點的三維特征描述子,然后基于特征進行最近鄰關(guān)系匹配,構(gòu)建兩視角點云之間的關(guān)系集合,隨后使用三元組約束優(yōu)化關(guān)系集合剔除錯誤的關(guān)系點對,再嘗試加入候選匹配點對的法向量夾角進行約束,可以利用不同尺度的兩點云數(shù)據(jù)的更多的重疊信息,提高匹配點對的準確率,同時可以保證多視角Lidar點云配準的精度。針對含有窗戶、屋頂、復(fù)雜的大場景等類型的四組建筑物點云數(shù)據(jù),對比了本章算法和其他三種算法的實驗結(jié)果驗證,該算法可以提高尺度不一的Lidar點云的配準精度。綜上所述,針對建筑物Lidar點云配準中的局部特征的穩(wěn)定性問題,提出了基于四元約束的多視角Lidar點云配準算法,然后對于尺度不一的點云配準精度不足問題,提出了基于法向量約束的多視角Lidar點云配準算法。經(jīng)過多組實驗,對比實驗結(jié)果分析可知,本文提出的方法能夠有效的提高點云配準精度。
【圖文】：

(a) (b) (c) (d) (e)圖 1-1 點云數(shù)據(jù)類型因此，研究快速、高精度的多視角建筑物 Lidar 點云配準方法來解決上述多視角點云配準中存在的問題和不足，具有十分重要的價值和研究意義。本文針對點云配準過程中出現(xiàn)的局部特征匹配產(chǎn)生大量的虛假的關(guān)系對導(dǎo)致特征匹配不穩(wěn)定以及不同尺度的點云配準度低的問題作為研究背景，針對城市建筑物多視角三維 Lidar 點云數(shù)據(jù)的作為研究重點相繼展開點云的配準工作。本論文實驗部分主要是針對地面三維激光掃描儀采集得到的建筑物 Lidar 點云展開多視角的配準研究。1.2 研究目標針對地面多視角建筑物的 Lidar 點云數(shù)據(jù)展開配準實驗研究，主要解決了多視角的Lidar 點云數(shù)據(jù)配準過程中出現(xiàn)的局部特征匹配不穩(wěn)定以及尺度不一的點云配準精度低的問題，本文的研究目標主要分為以下幾點：（1）針對多視角建筑物 Lidar 點云配準過程中，局部特征匹配出現(xiàn)大量的錯誤匹配點

生成：對于每個點 p ∈ P，在 F(Q)中找到 F(p)的最近鄰)中找到 F(q)的最近鄰。通過上述步驟生成的關(guān)系對存儲作為輸入在目標函數(shù)優(yōu)化過程中使用。實際上，K1具很高的異常值。我們通過使用關(guān)系集的約束優(yōu)化來降低少異常值的數(shù)量。近鄰約束: 對于關(guān)系集合K1的一組關(guān)系對(p, q)，當且同時在 F(Q)中，F(xiàn)(q)是 F(p)的最近鄰。對于滿足此約束條。約束優(yōu)化：我們隨機從 K2中選取 4 組關(guān)系對(p1, q1), (p1, p2, p3,p4)和(q1, q2, q3,q4)的兼容性。具體來說，是否 1, ijijqqppi j觀地，該約束條件驗證了四組關(guān)系對之間是否具備兼容合 K3中，如圖 3-1 所示為四元約束圖解。
【學位授予單位】：集美大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TP391.41;TN21

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本文編號：2662959