本文關(guān)鍵詞：基于無(wú)標(biāo)志點(diǎn)溶洞三維激光點(diǎn)云自動(dòng)拼接算法及應(yīng)用研究

  更多相關(guān)文章： 體素 SHOT描述子 同名特征點(diǎn) 無(wú)縫拼接 ICP 3D-NDT 自動(dòng)拼接

【摘要】：隨著地面三維激光掃描儀在三維建模領(lǐng)域的快速發(fā)展應(yīng)用,三維激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理是當(dāng)前的研究熱點(diǎn)和難點(diǎn)。由于激光直線傳播的工作原理,想要獲取掃描目標(biāo)完整的點(diǎn)云數(shù)據(jù),需要圍繞目標(biāo)物在不同的站點(diǎn)設(shè)置不同的掃描站采集點(diǎn)云數(shù)據(jù)。在點(diǎn)云數(shù)據(jù)后處理中,至關(guān)重要的一步就是將目標(biāo)多個(gè)局部掃描點(diǎn)云通過(guò)一定方法拼接為完整的目標(biāo)物,然后在進(jìn)行點(diǎn)云數(shù)據(jù)消冗、三維點(diǎn)云建模等后處理工作。針對(duì)喀斯特地貌下旅游溶洞特殊的經(jīng)濟(jì)價(jià)值,將地面三維激光掃描儀應(yīng)用于溶洞三維建模,對(duì)于推動(dòng)溶洞旅游產(chǎn)業(yè)的發(fā)展是非常有利的,本文對(duì)基于無(wú)標(biāo)志點(diǎn)溶洞三維激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)的自動(dòng)拼接進(jìn)行了深入研究。首先對(duì)溶洞點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理,包括采用基于統(tǒng)計(jì)分析的濾波算法濾除原始溶洞點(diǎn)云數(shù)據(jù)中的噪聲點(diǎn),對(duì)濾除噪聲點(diǎn)后的海量點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行三維體素精簡(jiǎn),利用三維體素精簡(jiǎn)點(diǎn)云數(shù)量的同時(shí)較好的保持了點(diǎn)云數(shù)據(jù)的原始幾何特征。然后對(duì)精簡(jiǎn)后的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行拼接。拼接算法包括:基于三維SHOT局部參考描述子同名特征點(diǎn)的多個(gè)溶洞點(diǎn)云無(wú)縫初始拼接和基于3D-NDT溶洞點(diǎn)云自動(dòng)精確拼接。基于同名特征點(diǎn)的多個(gè)溶洞點(diǎn)云無(wú)縫初始拼接算法主要是針對(duì)滿(mǎn)足閉合條件掃描的多個(gè)點(diǎn)云,第一步采用三維SHOT局部參考描述子獲取兩兩掃描站之間的同名特征點(diǎn),第二步對(duì)于序列拼接掃描點(diǎn)云的拼接誤差累積,采用基于閉合約束條件將其累積拼接誤差分配到每?jī)蓛蓲呙椟c(diǎn)云拼接參數(shù)中,實(shí)驗(yàn)分析表明該算法能夠達(dá)到無(wú)縫初始拼接,從而能更加客觀的反映目標(biāo)物的完整性;基于無(wú)標(biāo)志點(diǎn)3D-NDT溶洞點(diǎn)云自動(dòng)精確拼接算法主要原理是將一個(gè)三維體素內(nèi)點(diǎn)云數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成一個(gè)連續(xù)可微的概率分布函數(shù),使用標(biāo)準(zhǔn)最優(yōu)化技術(shù)來(lái)確定兩個(gè)點(diǎn)云間的最優(yōu)匹配,拼接過(guò)程中不需要利用對(duì)應(yīng)點(diǎn)的特征計(jì)算和匹配。研究表明此拼接算法在拼接精度和拼接時(shí)間上較其他拼接算法占明顯優(yōu)勢(shì),兩兩掃描點(diǎn)云最高拼接精度為1.2cm,整體拼接精度為2cm,為對(duì)后期高精度的溶洞三維建模提供了可靠的數(shù)據(jù)。
【關(guān)鍵詞】：體素 SHOT描述子 同名特征點(diǎn) 無(wú)縫拼接 ICP 3D-NDT 自動(dòng)拼接
【學(xué)位授予單位】：貴州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：P225.2
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-7
• 第一章 緒論7-15
• 1.1 論文研究背景和意義7-9
• 1.1.1 研究背景7-8
• 1.1.2 研究意義8-9
• 1.2 三維激光掃描技術(shù)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀9-12
• 1.2.1 三維激光掃描應(yīng)用研究現(xiàn)狀9-10
• 1.2.2 點(diǎn)云去噪研究現(xiàn)狀10
• 1.2.3 點(diǎn)云拼接算法研究現(xiàn)狀10-12
• 1.3 論文主要研究?jī)?nèi)容12-13
• 1.4 論文主要結(jié)構(gòu)安排13-14
• 1.5 本章小結(jié)14-15
• 第二章 點(diǎn)云拼接基本相關(guān)概念15-21
• 2.1 基本概念15-20
• 2.1.1 三維體素15
• 2.1.2 三維旋轉(zhuǎn)15-17
• 2.1.3 點(diǎn)云鄰域17-18
• 2.1.4 kd-tree18-19
• 2.1.5 3D-Hough投票19
• 2.1.6 三維局部特征描述子19-20
• 2.2 本章小結(jié)20-21
• 第三章 點(diǎn)云拼接預(yù)處理21-30
• 3.1 噪聲點(diǎn)濾波--統(tǒng)計(jì)分析算法21-25
• 3.1.1 統(tǒng)計(jì)分析算法濾波原理21
• 3.1.2 噪聲點(diǎn)濾波實(shí)驗(yàn)及精度分析21-25
• 3.2 點(diǎn)云數(shù)據(jù)精簡(jiǎn)--特征信息損失最小的體素精簡(jiǎn)25-29
• 3.2.1 點(diǎn)云三維體素精簡(jiǎn)原理26
• 3.2.2 海量點(diǎn)云數(shù)據(jù)精簡(jiǎn)實(shí)驗(yàn)及精度分析26-29
• 3.3 本章總結(jié)29-30
• 第四章 基于SHOT同名特征點(diǎn)溶洞點(diǎn)云自動(dòng)無(wú)縫初始拼接30-51
• 4.1 基于三維SHOT局部參考描述子的同名特征點(diǎn)的提取30-37
• 4.1.1 構(gòu)建三維局部參考框架30-31
• 4.1.2 三維局部特征描述子SHOT描述子的生成過(guò)程31-33
• 4.1.3 兩兩掃描站重疊部分同名特征點(diǎn)提取實(shí)驗(yàn)33-37
• 4.2 點(diǎn)云拼接方法及分析37
• 4.3 基于閉合條件約束平差模型點(diǎn)云無(wú)縫拼接37-43
• 4.3.1 基于附有限制條件的間接平差模型點(diǎn)云拼接參數(shù)解算37-41
• 4.3.2 基于閉合約束條件下坐標(biāo)轉(zhuǎn)換累積誤差分配41-43
• 4.4 無(wú)縫拼接實(shí)驗(yàn)過(guò)程與精度分析43-50
• 4.5 本章小結(jié)50-51
• 第五章 基于無(wú)標(biāo)志點(diǎn) 3D-NDT算法的溶洞點(diǎn)云自動(dòng)精確拼接51-87
• 5.1 NDT曲面表達(dá)51-53
• 5.2 NDT拼接原理53-59
• 5.2.1 2D-NDT56-57
• 5.2.2 3D-NDT57-59
• 5.3 3D-NDT算法點(diǎn)云拼接步驟及參數(shù)影響分析59-63
• 5.3.1 3D-NDT算法點(diǎn)云拼接步驟59-62
• 5.3.2 3D-NDT算法參數(shù)影響分析62-63
• 5.4 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與拼接精度分析63-86
• 5.4.1 經(jīng)典ICP算法自動(dòng)拼接實(shí)驗(yàn)過(guò)程及精度分析63-71
• 5.4.2 3D-NDT算法點(diǎn)云自動(dòng)精確拼接及精度分析71-83
• 5.4.3 本文點(diǎn)云拼接方法總結(jié)及精度分析83-86
• 5.5 本章小結(jié)86-87
• 第六章 結(jié)論與展望87-89
• 6.1 研究結(jié)論87
• 6.2 展望87-89
• 致謝89-90
• 主要參考文獻(xiàn)90-93
• 附錄A93-94

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本文編號(hào)：518542