【摘要】：近年來,隨著三維掃描技術的不斷突破,點云三維模型已經成為了繼聲音、圖像、視頻之后的新興的數(shù)字媒介,被廣泛地應用在計算科學、逆向工程、義物復原、建筑設計以及電影、游戲等科技文娛領域。不同于傳統(tǒng)的數(shù)字媒體,點云模型真實感強、細節(jié)度高,正逐漸成為各個行業(yè)的重要數(shù)據來源,從數(shù)據層面推動各個領域的研究發(fā)民。對于點云三維模型而言,其數(shù)據的完整性、準確性是其后續(xù)廣泛應用的基礎條件。然而,在實際的掃描過程中,尤其是使用激光進行掃描時,由于被測物本身的幾何和光學特性以及掃描系統(tǒng)的機械穩(wěn)定性問題,實際得到的點云模型常常存在大量的孔洞與毛刺。這些缺失數(shù)據的存在會對后續(xù)模型重建操作產產生嚴重影響,以至無法獲得被測物完整有效的表面形態(tài)特征。因此,缺失數(shù)據的修補和點云噪聲的消除研究成為了點云研究與應用的瓶頸問題。針對上述問題,本文首先對激光點云掃描系統(tǒng)的光學工作原理與機械結構特征進行研究,分析基于激光反射原理產生的點云模型的孔洞、毛刺等畸變產生的原因與特點。在此基礎上,對不同被測對象進行點云數(shù)據采集與分析,通過實驗驗證上述理論分析的準確性與可靠性。接著,本文對比了多種傳統(tǒng)孤立點檢測方法的原理與優(yōu)缺點。在此基礎上,結合基于統(tǒng)計的方法與基于距離的方法,設計出一套基于K最近鄰法與分類統(tǒng)計篩選的高效準確的孤立點檢測算法,并通過對比試驗證明提出的方法的高效性與準確性。最后,本文將低秩分解的思想應用于點云模型的修復,根據前文分析的點云特征,對經典低秩分解模型進行約束優(yōu)化,優(yōu)化低秩分解方法對于點云模型的毛刺、孔洞的修復準確性,從而得到更為貼近真實的點云模型。實驗結果表明,本文提出的方法能夠有效對點云模型進行修復,相較傳統(tǒng)低秩分解方法有較大改善。
【學位授予單位】：南京大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TN249
【圖文】：

考慮到本文實驗研究對象的小體積特性和研宄要求的高精度特點，本文選用基于逡逑三角測距原理的激光距離傳感器，下文對該原理進行詳細闡述。逡逑激光三角測距法的檢測原理如圖２－１所示：激光發(fā)射器從特定的角度通過凸逡逑透鏡將激光發(fā)射到被測物體表面，當激光照射到物體表面后會產生反射或漫反射，逡逑部分激光被凸透鏡捕捉并聚焦到線性ＣＣＤ陣列上。當被測物的距離不同時，傳逡逑感器所接受的漫反射或反射光線的角度相應產生變化，從而在線性ＣＣＤ陣列投逡逑影的光斑位置也不相同。通過測量光斑在線性ＣＣＤ陣列上的相對位置，結合傳逡逑感器中凸透鏡的光學參數(shù)以及其他硬件的空間結構參數(shù)，可以計算得到被測物體逡逑與激光傳感器之間的距離［５２］。逡逑ｒ＼邐＾邐４．線性ＣＣＤ陣列逡逑Ａ邐３？鍛片逡逑飛邋±邋Ｂ邐６．被測物體ａ邐６．被測物體ｂ逡逑廣Ｓ邋？信號處理器／逡逑１．２體激光器邐ｊＺＺ邋？邐？？？？？？？－Ｉ逡逑圖２－１激光距離傳感器結構與原理逡逑根據激光入射的角度不同，我們又可以將激光三角法分為斜射式激光三角法逡逑和直射式激光三角法兩種類型。斜射式類型指的是入射光線與被測物參考平面不逡逑垂直的情況；直射式類型指的是入射光線與被測物參考平面相垂直的情況。斜射逡逑式三角法和直射式三角法的光路圖如圖２－２和圖２－３所示［５３］。逡逑１０逡逑

ｄ二凸透鏡逡逑＾被測物表面逡逑圖２－３直射式激光三角法逡逑斜射式主要用于接受鏡面反射的激光，適用于表面光滑、反射度好的被測物逡逑體，其優(yōu)點是分辨率高、信噪比高，缺點是體積大、測量范圍小、安裝調試繁瑣；逡逑直射式主要接受散射與漫反射光，適用于測量表面較為粗糙的物體，其優(yōu)點是測逡逑量范圍大、體積小、安裝方便，缺點是分辨率相對較低、信噪比比較低。逡逑考慮到現(xiàn)實生活中大部分物體并不具備高反射度的表面，本文首選基于直射逡逑法的激光距離傳感器作為實驗對象。直射式激光距離傳感器的具體量化數(shù)學工作逡逑原理如下：逡逑１１逡逑

邐ｒ，＂＂邋＇ＶＨ逡逑圖２－２斜射式激光三角法逡逑漏激光器逡逑凸透鏡逡逑ｄ二凸透鏡逡逑＾被測物表面逡逑圖２－３直射式激光三角法逡逑斜射式主要用于接受鏡面反射的激光，適用于表面光滑、反射度好的被測物逡逑體，其優(yōu)點是分辨率高、信噪比高，缺點是體積大、測量范圍小、安裝調試繁瑣；逡逑直射式主要接受散射與漫反射光，適用于測量表面較為粗糙的物體，其優(yōu)點是測逡逑量范圍大、體積小、安裝方便，缺點是分辨率相對較低、信噪比比較低。逡逑考慮到現(xiàn)實生活中大部分物體并不具備高反射度的表面，本文首選基于直射逡逑法的激光距離傳感器作為實驗對象。直射式激光距離傳感器的具體量化數(shù)學工作逡逑原理如下：逡逑１１逡逑

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本文編號：2745653