針對傳統(tǒng)迭代最近點（iterative closest point,ICP）配準算法迭代次數(shù)多、收斂速度慢的問題,研究了基于局部擬合平面投影搜索最近點的改進ICP配準算法,在此基礎上采用冪法解算單位4元數(shù),最終在速度和精度上完成了對原始算法的優(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Trimble GX對某大型高層建筑物進行實驗,分析了配準過程中4元數(shù)參數(shù)、旋轉矩陣參數(shù)和平移參數(shù)的變化趨勢,并對傳統(tǒng)ICP配準算法和改進ICP配準算法的配準殘差進行比對,結果表明,改進的ICP配準算法迭代次數(shù)少、收斂速度快,研究成果可為現(xiàn)有點云數(shù)據(jù)配準技術提供參考。 

【文章來源】：測繪地理信息. 2019,44(04)

【文章頁數(shù)】：4 頁

【部分圖文】：

圖１兩點云數(shù)據(jù)中４組公共特征點對

之內(nèi)，并刪除點ａｉ；若小于０．６，則認為在配準區(qū)域范圍之內(nèi)，記錄點ａｉ和其最近點ｑｉ，并分別放入點集Ｐ和Ｓ。將目標點集Ａ中的所有點進行上述計算和判斷，得到最終點集Ｐ和Ｓ即為目標點集和參考點集的公共配準區(qū)域。３．３改進的ＩＣＰ配準算法結果分析經(jīng)過粗配準后，利用原始ＩＣＰ配準算法和改進的ＩＣＰ配準算法對建筑物三維激光數(shù)據(jù)進行配準，得到了良好的配準效果。由于粗配準人工選取特征點的誤差較大，在傳統(tǒng)ＩＣＰ配準過程中出現(xiàn)了部分未吻合的現(xiàn)象，如圖２（ａ）所示；在粗配準基礎上改進的ＩＣＰ配準中兩幅點云數(shù)據(jù)的吻合情況比較好，如圖２（ｂ）所示。圖２粗配準和改進的ＩＣＰ配準結果Ｆｉｇ．２ＲｏｕｇｈａｎｄＩｍｐｒｏｖｅＩＣＰＲｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎＲｅｓｕｌｔｓ傳統(tǒng)ＩＣＰ配準結果局部放大如圖３（ａ）所示，明顯可以看到底部發(fā)生錯位現(xiàn)象，主要是因為配準采用的特征點云數(shù)據(jù)位于建筑物頂部，距離建筑物底部較遠所致。改進的ＩＣＰ配準結果如圖３（ｂ）所示，可以看到底部未發(fā)生錯位現(xiàn)象，進而證明改進的ＩＣＰ配準算法吻合效果良好。圖３粗配準和改進的ＩＣＰ配準局部放大Ｆｉｇ．３ＲｏｕｇｈａｎｄＩｍｐｒｏｖｅＩＣＰＲｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎＲｅｓｕｌｔｓｂｙＰａｒｔｉａｌＡｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ在不同迭代次數(shù)情況下，改進ＩＣＰ配準算法４元數(shù)及其矩陣參數(shù)的計算結果分別如表２和表３所示，原始ＩＣＰ配準算法與改進的ＩＣＰ配準算法，配準后精度指標計算結果如圖４所示。８８

準算法結果分析經(jīng)過粗配準后，利用原始ＩＣＰ配準算法和改進的ＩＣＰ配準算法對建筑物三維激光數(shù)據(jù)進行配準，得到了良好的配準效果。由于粗配準人工選取特征點的誤差較大，在傳統(tǒng)ＩＣＰ配準過程中出現(xiàn)了部分未吻合的現(xiàn)象，如圖２（ａ）所示；在粗配準基礎上改進的ＩＣＰ配準中兩幅點云數(shù)據(jù)的吻合情況比較好，如圖２（ｂ）所示。圖２粗配準和改進的ＩＣＰ配準結果Ｆｉｇ．２ＲｏｕｇｈａｎｄＩｍｐｒｏｖｅＩＣＰＲｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎＲｅｓｕｌｔｓ傳統(tǒng)ＩＣＰ配準結果局部放大如圖３（ａ）所示，明顯可以看到底部發(fā)生錯位現(xiàn)象，主要是因為配準采用的特征點云數(shù)據(jù)位于建筑物頂部，距離建筑物底部較遠所致。改進的ＩＣＰ配準結果如圖３（ｂ）所示，可以看到底部未發(fā)生錯位現(xiàn)象，進而證明改進的ＩＣＰ配準算法吻合效果良好。圖３粗配準和改進的ＩＣＰ配準局部放大Ｆｉｇ．３ＲｏｕｇｈａｎｄＩｍｐｒｏｖｅＩＣＰＲｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎＲｅｓｕｌｔｓｂｙＰａｒｔｉａｌＡｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ在不同迭代次數(shù)情況下，改進ＩＣＰ配準算法４元數(shù)及其矩陣參數(shù)的計算結果分別如表２和表３所示，原始ＩＣＰ配準算法與改進的ＩＣＰ配準算法，配準后精度指標計算結果如圖４所示。８８

【參考文獻】：
期刊論文
[1]ICP配準算法的影響因素及評價指標分析[J]. 陳春旭,漆鈺暉,朱一帆,裴凌,徐昌慶.  導航定位與授時. 2018(05)
[2]基于三維激光掃描的橋梁變形檢測及數(shù)據(jù)處理[J]. 鄧曉隆,田石柱.  激光與光電子學進展. 2018(07)
[3]三維激光掃描建筑物立面數(shù)據(jù)的自動提取[J]. 林卉,王李娟,康志忠,田艷鳳,邵聰穎.  測繪通報. 2016(10)
[4]計算實對稱矩陣特征值特征向量的冪法[J]. 曾莉,肖明.  南昌大學學報(理科版). 2016(04)
[5]點云數(shù)據(jù)平面擬合的加權總體最小二乘方法[J]. 陳漢清,王樂洋.  工程勘察. 2015(11)
[6]Trimble GX 3D激光掃描儀內(nèi)符合精度的試驗[J]. 齊建偉,朱恩利.  測繪科學. 2013(04)

碩士論文
[1]基于地面三維激光掃描的露天礦山邊坡變形監(jiān)測研究[D]. 周才文.江西理工大學 2018
[2]三維激光點云數(shù)據(jù)配準研究[D]. 張步.西安科技大學 2015
[3]基于三維激光掃描技術的建筑物建模研究[D]. 吳蒙.東華理工大學 2015



本文編號：3363770