發(fā)布時(shí)間：2017-04-17 05:19

  本文關(guān)鍵詞：基于法向量的三維點(diǎn)云配準(zhǔn)方法研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：近年來,逆向工程憑借其反向思維模式,在縮短產(chǎn)品研發(fā)時(shí)間和降低產(chǎn)品開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)方面有明顯優(yōu)勢�，F(xiàn)如今逆向工程已經(jīng)是計(jì)算機(jī)輔助制造領(lǐng)域的重要分支之一,其應(yīng)用也已經(jīng)滲透在人類生活的方方面面。三維空間中的點(diǎn)云配準(zhǔn)方法是逆向工程中的關(guān)鍵技術(shù),因?yàn)橄胍@得完整的三維物體模型,需要對三維物體模型進(jìn)行多角度的測量。將從不同角度采集的數(shù)據(jù)去除冗余點(diǎn)云拼接成一個(gè)完整的三維模型,即點(diǎn)云配準(zhǔn)方法研究的核心。三維點(diǎn)云配準(zhǔn)的兩個(gè)核心問題貫穿于整個(gè)配準(zhǔn)算法的研究中。第一,如何快速地從采集到的兩片點(diǎn)云數(shù)據(jù)中提取對應(yīng)點(diǎn)集;第二,對提取出的對應(yīng)點(diǎn)集進(jìn)行精簡和精煉,提高匹配精度。本文的主要工作如下:第一,依據(jù)三維空間中點(diǎn)的幾何特征提取方法,提出一種基于法向量改進(jìn)的點(diǎn)云初始匹配算法。該算法首先畫出兩片待測點(diǎn)云中點(diǎn)的法向量,根據(jù)相鄰點(diǎn)間法向量的夾角計(jì)算每個(gè)點(diǎn)的特征度,然后通過特征度與提前設(shè)定好的閾值比較,進(jìn)行關(guān)鍵點(diǎn)的篩選。在篩選出關(guān)鍵點(diǎn)之后再進(jìn)行關(guān)鍵點(diǎn)主曲率值的計(jì)算,從而大幅度縮短了曲率計(jì)算時(shí)間,提高查找匹配點(diǎn)對的效率,最后通過主曲率值進(jìn)行關(guān)鍵點(diǎn)的初始配準(zhǔn),并分別從理論和具體實(shí)驗(yàn)中驗(yàn)證了算法的性能。第二,在提取出初始匹配點(diǎn)對的基礎(chǔ)上,建立點(diǎn)間距離和高斯曲率值的雙重約束,引入配準(zhǔn)平衡因子的概念,在平衡因子的作用下,對初始匹配點(diǎn)對進(jìn)一步的精煉,剔除主曲率值相似的冗余點(diǎn)對甚至錯(cuò)誤匹配點(diǎn)對,得到精確匹配點(diǎn)對。在精確匹配點(diǎn)對的基礎(chǔ)上,利用單位四元數(shù)法,在對目標(biāo)函數(shù)最小化的過程中進(jìn)行多次迭代,直到符合誤差收斂范圍,從而得到兩片點(diǎn)云之間的旋轉(zhuǎn)矩陣參數(shù)和平移矩陣參數(shù)。根據(jù)求出的變換矩陣對兩片點(diǎn)云進(jìn)行操作處理,完成配準(zhǔn),輸出配準(zhǔn)后的點(diǎn)云模型。最后從理論角度以及本文第五章的實(shí)驗(yàn)角度驗(yàn)證改進(jìn)算法的科學(xué)性和可行性。
【關(guān)鍵詞】：逆向工程 三維點(diǎn)云配準(zhǔn) 特征度 配準(zhǔn)平衡因子 四元數(shù)
【學(xué)位授予單位】：中北大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TP391.41
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 緒論10-18
• 1.1 課題研究背景及意義10-11
• 1.2 選題依據(jù)11
• 1.3 點(diǎn)云配準(zhǔn)的研究現(xiàn)狀及其發(fā)展前景11-15
• 1.3.1 研究現(xiàn)狀11-14
• 1.3.2 發(fā)展前景14-15
• 1.4 論文的研究內(nèi)容15-16
• 1.4.1 點(diǎn)云數(shù)據(jù)的分類15-16
• 1.4.2 本文研究的主要內(nèi)容16
• 1.5 組織結(jié)構(gòu)16-18
• 2 點(diǎn)云配準(zhǔn)常用技術(shù)18-28
• 2.1 引言18
• 2.2 獲取點(diǎn)云數(shù)據(jù)18-20
• 2.3 點(diǎn)云的預(yù)處理20-21
• 2.3.1 點(diǎn)云去噪20
• 2.3.2 點(diǎn)云精簡20-21
• 2.4 點(diǎn)云配準(zhǔn)21-27
• 2.4.1 初始匹配常用方法21-23
• 2.4.2 點(diǎn)云的拓?fù)潢P(guān)系23-26
• 2.4.3 不同方法的綜合評價(jià)26-27
• 2.5 本章小結(jié)27-28
• 3 基于法向量的初始匹配算法28-34
• 3.1 引言28
• 3.2 關(guān)鍵點(diǎn)的選取28-29
• 3.3 點(diǎn)云的初始匹配29-30
• 3.4 核心算法設(shè)計(jì)30-32
• 3.5 算法性能分析32-33
• 3.6 本章小結(jié)33-34
• 4 基于四元數(shù)的ICP改進(jìn)算法34-48
• 4.1 引言34
• 4.2 點(diǎn)云的精確匹配34-36
• 4.2.1 獲取精確匹配點(diǎn)對34-35
• 4.2.2 平衡因子a35-36
• 4.3 剛體變換36-40
• 4.3.1 平移變換38
• 4.3.2 旋轉(zhuǎn)變換38-39
• 4.3.3 控制點(diǎn)39-40
• 4.4 傳統(tǒng)的ICP算法40
• 4.5 改進(jìn)的ICP算法40-46
• 4.5.1 目標(biāo)函數(shù)的建立40-41
• 4.5.2 求解變換矩陣41-44
• 4.5.3 核心算法設(shè)計(jì)44-46
• 4.5.4 算法分析46
• 4.6 本章小結(jié)46-48
• 5 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證與數(shù)據(jù)分析48-56
• 5.1 引言48
• 5.2 實(shí)驗(yàn)環(huán)境48-49
• 5.3 基于特征度篩選關(guān)鍵點(diǎn)的點(diǎn)云初始匹配實(shí)驗(yàn)49-51
• 5.3.1 實(shí)驗(yàn)方案49
• 5.3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析49-51
• 5.4 基于單位四元數(shù)改進(jìn)的ICP算法實(shí)驗(yàn)51-54
• 5.4.1 實(shí)驗(yàn)方案51
• 5.4.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析51-54
• 5.5 本章小結(jié)54-56
• 6 總結(jié)與展望56-58
• 6.1 本文總結(jié)56-57
• 6.2 不足與展望57-58
• 參考文獻(xiàn)58-62
• 攻讀碩士學(xué)位期間所取得的研究成果62-63
• 致謝63-65

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 楊小青;楊秋翔;楊劍;;基于法向量改進(jìn)的ICP算法[J];計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì);2016年01期

2 鄭曉璐;潘廣貞;楊劍;楊小青;;基于Hausdorff距離改進(jìn)的ICP算法[J];計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì);2015年09期

3 徐龍;王柱;劉愛明;劉元;;基于激光掃描的逆向工程在檢驗(yàn)檢測中的應(yīng)用[J];制造業(yè)自動(dòng)化;2014年22期

4 許斌;李忠科;呂培軍;孫玉春;王勇;;基于特征的點(diǎn)云精確配準(zhǔn)算法[J];計(jì)算機(jī)應(yīng)用與軟件;2013年11期

5 張春成;;一種改進(jìn)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)柵格算法[J];兵工自動(dòng)化;2013年06期

6 石更強(qiáng);;利用激光掃描和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)/制造技術(shù)進(jìn)行膝關(guān)節(jié)骨骼的仿生構(gòu)建[J];中國組織工程研究與臨床康復(fù);2009年30期

7 吳銘;林錦國;梅雪;;用于圖像拼接的特征提取算法研究[J];計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì);2009年02期

8 劉德平;劉曉宇;陳建軍;;逆向工程特征參數(shù)提取技術(shù)研究[J];電子科技大學(xué)學(xué)報(bào);2008年03期

9 何援軍;;論計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的若干問題[J];上海交通大學(xué)學(xué)報(bào);2008年04期

10 徐金亭;劉偉軍;孫玉文;;基于曲率特征的自由曲面匹配算法[J];計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與圖形學(xué)學(xué)報(bào);2007年02期

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前8條

1 姚增凱;基于逆向工程技術(shù)的文物數(shù)字化建模及應(yīng)用[D];陜西科技大學(xué);2014年

2 陳超;基于TOF攝相機(jī)的三維點(diǎn)云地圖構(gòu)建研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2013年

3 姜曉通;離散點(diǎn)云數(shù)據(jù)重建關(guān)鍵技術(shù)的研究[D];南京航空航天大學(xué);2013年

4 楊現(xiàn)輝;基于對偶四元數(shù)的點(diǎn)云配準(zhǔn)算法研究[D];南京航空航天大學(xué);2010年

5 徐尚;三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)拼接與精簡技術(shù)的研究[D];中國海洋大學(xué);2009年

6 張政;點(diǎn)云數(shù)據(jù)配準(zhǔn)算法研究[D];山東大學(xué);2008年

7 袁夏;三維激光掃描點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理及應(yīng)用技術(shù)[D];南京理工大學(xué);2006年

8 屈昊;基于對偶四元數(shù)的三維物體匹配方法的研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2005年

  本文關(guān)鍵詞：基于法向量的三維點(diǎn)云配準(zhǔn)方法研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：312509