針對傳統(tǒng)ICP配準算法無法抵抗常規(guī)粗差點對配準精度的影響問題,研究了基于配準殘差分布函數(shù)點對定權(quán)的改進ICP配準算法,推導(dǎo)了基于配準殘差分布函數(shù)的點對殘差權(quán)重值計算公式,在此基礎(chǔ)上采用冪法解算單位四元數(shù),最終在速度和精度2個方面完成對原始ICP配準算法的優(yōu)化。采用C⁺⁺編程語言將改進的ICP點云配準算法程序化,利用Rigel LMS-Z420i三維激光掃描儀對某雕像進行掃描,通過自編程序?qū)谐Ｒ?guī)粗差點的點云數(shù)據(jù)進行配準實驗,將基于點對權(quán)重的改進ICP算法與標準ICP算法進行比較,結(jié)果表明基于點對權(quán)重的改進ICP算法能夠有效處理配準數(shù)據(jù)中存在粗差點的情況,是一種比較精確的抗差配準算法,可對現(xiàn)存配準算法進行有效補充。 

【文章來源】：地理空間信息. 2020,18(06)

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

傳統(tǒng)ICP算法和改進ICP算法的對比結(jié)果

分析圖3可知，傳統(tǒng)ICP算法的配準結(jié)果在3個視場角度的雕像基座邊緣處都存在明顯的錯開現(xiàn)象，即左右兩幅點云在雕像基座部位沒有很好地拼接到一起，而雕像基座上部的人物部位拼接吻合度良好且2種算法效果基本保持一致，說明在雕像基座前部加入的粗差點對傳統(tǒng)ICP算法的解算產(chǎn)生了干擾，并且主要影響區(qū)域為存在粗差的雕像基座部位。觀察基于點云權(quán)重的改進ICP算法在3個視場角度的配準結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)左右雕像點云都很好地拼接到一起，基座部位拼接的吻合度良好且沒有出現(xiàn)明顯的錯位現(xiàn)象，說明基于點云權(quán)重的改進ICP算法有效抵御了粗差點對配準結(jié)果的干擾，2種算法每次迭代時的均方誤差和計算性能分別如圖4、表1所示。由圖4可知，基于點云權(quán)重的改進ICP算法迭代計算的收斂速度總體上快于傳統(tǒng)ICP算法，具有更快的收斂效率。由表1可知，基于點云權(quán)重的改進ICP算法迭代10次雖然遠少于傳統(tǒng)ICP算法的19次，但是計算耗時卻要多于傳統(tǒng)ICP算法，分析其原因是基于點云權(quán)重的改進ICP算法在每一步常規(guī)ICP迭代計算中都要進行一次選權(quán)迭代計算，增加了算法的時間和空間的復(fù)雜度，因此計算耗時有所增加，但改進的ICP算法的配準結(jié)果的均方根誤差要遠小于傳統(tǒng)算法，其計算精度更高。

由于常規(guī)粗差點產(chǎn)生的原因很多，其規(guī)律很難把握，因此很難在實際的點云數(shù)據(jù)中提前對其準確定位，為了驗證本文算法對常規(guī)粗差點的影響，在實驗數(shù)據(jù)中人為在經(jīng)過公共點提取后的右視雕像基座的正前方增加450個粗差點（見圖2），以確保粗差點都在配準的公共區(qū)域內(nèi)部，具體做法是先對該部位求取擬合平面，再根據(jù)擬合平面點云厚度的3倍值作為粗差值加入到該區(qū)域。圖2 加入粗差的右視公共點云

【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于典型相關(guān)分析的點云配準算法[J]. 唐志榮,劉明哲,蔣悅,趙飛翔,趙成強.  中國激光. 2019(04)
[2]幾何剛性和法向量采樣一致性的點云配準算法[J]. 張謙,李夢瑤,成曉強.  測繪科學. 2019(01)
[3]地面三維激光掃描點云質(zhì)量評價技術(shù)研究與展望[J]. 花向紅,趙不釩,陳西江,宣偉.  地理空間信息. 2018(08)
[4]改進的RANSAC算法在三維點云配準中的應(yīng)用[J]. 劉美菊,王旭東,李凌燕,高恩陽.  激光與光電子學進展. 2018(10)
[5]徠卡三維激光掃描系統(tǒng)在建筑物精細建模中的應(yīng)用[J]. 朱曙光,何寬,周建鄭.  測繪通報. 2018(02)
[6]基于一致性球的點云配準算法研究[J]. 楊帆,�？★w.  大地測量與地球動力學. 2018(01)
[7]基于對偶四元數(shù)描述的LiDAR點云解析配準算法[J]. 孔祥麗.  測繪地理信息. 2017(06)
[8]基于ISS特征點結(jié)合改進ICP的點云配準算法[J]. 李仁忠,楊曼,田瑜,劉陽陽,張緩緩.  激光與光電子學進展. 2017(11)
[9]基于幾何配準的三維模型幾何比對方法研究[J]. 周培,劉銘,王騰,楊欣,聶蓉梅.  圖學學報. 2016(04)
[10]基于DEnKF的背景誤差協(xié)方差局地化和協(xié)方差膨脹研究[J]. 韓培,舒紅,許劍輝.  遙感技術(shù)與應(yīng)用. 2016(02)



本文編號：3214155