【摘要】：隨著三維點(diǎn)云采集設(shè)備的不斷發(fā)展,三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)已成為機(jī)器視覺(jué)領(lǐng)域內(nèi)的重要數(shù)據(jù)形式。由于視場(chǎng)限制和物體形貌的遮擋,很難一次獲得物體的全部三維點(diǎn)云信息,需要通過(guò)多次變換視角進(jìn)行點(diǎn)云采集,再將點(diǎn)云數(shù)據(jù)統(tǒng)一到同一坐標(biāo)系下,從而完整描述被測(cè)物體。因此,精確、高效和魯棒的點(diǎn)云拼接算法是三維成像領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)。在點(diǎn)云拼接算法中,進(jìn)化點(diǎn)云拼接算法是一種新興的精度較高,對(duì)初始位置不敏感的拼接算法。但該類(lèi)算法拼接耗時(shí)往往較長(zhǎng),影響了其在工程領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用。因此,本文圍繞該類(lèi)算法的加速策略,開(kāi)展了以下研究:1.研究了目前主流的點(diǎn)云拼接技術(shù),包括多種粗拼接算法、經(jīng)典ICP類(lèi)精確拼接算法以及兩種典型的ICP改進(jìn)算法、進(jìn)化點(diǎn)云拼接算法等;并對(duì)這些算法進(jìn)行了對(duì)比、分析,指出了各種算法的適用條件、局限性及改進(jìn)方向。2.針對(duì)進(jìn)化拼接算法中,拼接算法收斂精度遠(yuǎn)高于模型分辨率而造成的過(guò)度開(kāi)發(fā)問(wèn)題,提出一種基于哈希表和飛蛾火焰的進(jìn)化拼接算法。所提算法利用哈希表的快速插入查找功能緩存目標(biāo)函數(shù)值,避免進(jìn)化群體的過(guò)度開(kāi)發(fā)和重復(fù)搜索;在飛蛾火焰算法中引入新的搜索方程和重啟動(dòng)機(jī)制來(lái)平衡其探索和開(kāi)發(fā)性能;最后利用改進(jìn)的飛蛾火焰算法優(yōu)化求解空間最優(yōu)變換。通過(guò)與多種最新的進(jìn)化拼接算法進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了所提算法能夠有效縮短運(yùn)算時(shí)間。3.針對(duì)現(xiàn)有進(jìn)化點(diǎn)云拼接算法未使用點(diǎn)云色彩信息這一局限性,提出一種基于色彩信息的自適應(yīng)進(jìn)化點(diǎn)云拼接算法。使用隨機(jī)采樣與色彩特征點(diǎn)相結(jié)合的方式對(duì)輸入點(diǎn)云進(jìn)行采樣,以包含色彩約束的點(diǎn)對(duì)距離中值為目標(biāo)函數(shù),利用自適應(yīng)進(jìn)化算法求解兩片點(diǎn)云間的最優(yōu)空間變換,實(shí)現(xiàn)三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)的有效拼接。4幅彩色點(diǎn)云的拼接實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,與僅使用空間信息的自適應(yīng)進(jìn)化點(diǎn)云拼接算法和其他兩種較新的進(jìn)化拼接算法相比,所提算法在保證同等拼接精度的情況下,能夠有效縮短拼接時(shí)間。
【圖文】：

圖 2-3 旋轉(zhuǎn)角解空間和平移變量解空間[23]空間上下界的計(jì)算述分支限界法的流程可以看出，解空間的下界直接決定了是否間，而解空間上界則用來(lái)不斷更新全局上界UB，因此，如何界是 GoICP 的核心部分。下面給出 GoICP 中的上下界算法，對(duì) ，其誤差值的上界E 可以表示為：20 01( , )PNiiE e r t 0t 表示當(dāng)前解空間的中心所表示的旋轉(zhuǎn)和平移變換，0 0( , )ie r t 表i個(gè)點(diǎn)經(jīng)過(guò)0r 和0t 變換后距離目標(biāo)點(diǎn)云中最近點(diǎn)的距離。算一個(gè)解空間的目標(biāo)函數(shù)下界時(shí)，首先給出源點(diǎn)云中每個(gè)點(diǎn)ip 點(diǎn)距離ie 的下界ie ，為：0 0max( ( , ) ,0)i i ri te e r t 和t 分別表示點(diǎn)ip 處的旋轉(zhuǎn)參數(shù)不確定度和平移參數(shù)的不確定于不同點(diǎn)的位置，而 則對(duì)所有點(diǎn)均相同。其計(jì)算公式可以表

圖 4-4 實(shí)驗(yàn)二中TE 數(shù)據(jù)的對(duì)比圖-7 所示，Chow’s GA 與其他三種算法相比，TE 最大且成 Falco’s DE、HMFO 三種算法均擁有較高的拼接成功率，。但是 HMFO 的 和T 更短，可以看出，HMFO 的 vO 的 50%到 70%。較了每種算法的收斂速度，下面比較 SaEvO、De Falco’的拼接算法的收斂精度，Chow’s GA 由于性能較弱，因此間斷運(yùn)行 60 秒，，結(jié)果記錄 30 次運(yùn)行中成功時(shí)的平均目標(biāo)果如表 4-8 所示。表 4-8 實(shí)驗(yàn)二結(jié)果數(shù)據(jù)型 拼接算法 NOST(次) 平均目標(biāo)函數(shù)值ele SaEvO 29 0.0663De Falco’s DE 27 0.0659HMFO 30 0.0674ird SaEvO 26 0.0959De Falco’s DE 24 0.0964
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TP391.41

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2615840