發(fā)布時間：2020-05-14 04:27

【摘要】：三維光學(xué)測量技術(shù)是實現(xiàn)實體數(shù)字化的一個重要手段。由于物體的自遮擋、掃描范圍限制以及掃描原理等原因,三維光學(xué)測量系統(tǒng)單次掃描只能得到物體一個側(cè)面的點云。為了實現(xiàn)大體積、多曲面的三維實體重建,必須從不同視角進(jìn)行掃描并通過匹配技術(shù)構(gòu)造完整的實體數(shù)字化模型。因此,開展點云匹配技術(shù)的研究具有重要的理論意義和實用價值。本文對三維光學(xué)測量中的多視點云匹配問題進(jìn)行了研究,提出并實現(xiàn)了一種新的基于塔型分解的多分辨率測量點云匹配方法。與現(xiàn)有的點云匹配方法相比,新方法在匹配誤差及匹配效率方面均有大幅提高。主要的研究內(nèi)容和成果如下:(1)研究了點云預(yù)處理技術(shù)。建立三維點云的K-D樹模型,實現(xiàn)基于K-D樹的點數(shù)據(jù)最臨近搜索算法,提高點數(shù)據(jù)的鄰域搜索效率及對應(yīng)點查找效率;研究了點數(shù)據(jù)的法向量估計方法,實現(xiàn)了基于點云三角化的法向量估計以及基于局部表面擬合的法向量估計方法。(2)研究了將三維點云轉(zhuǎn)化為二維灰度圖的方法,實現(xiàn)了一種基于K鄰域搜索算法和霍特林變換的灰度圖轉(zhuǎn)化方法。該方法可以準(zhǔn)確地利用點云的局部特征信息,構(gòu)建某一點數(shù)據(jù)的局部坐標(biāo)系,并將該點數(shù)據(jù)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)化到此坐標(biāo)系下,最終使用所有轉(zhuǎn)化后的Z軸坐標(biāo)信息和原始點云的柵格線信息構(gòu)建對應(yīng)的二維灰度圖。(3)研究了圖像的塔型分解算法,實現(xiàn)了圖像的高斯金字塔分解及拉普拉斯金字塔分解算法,并對三維點云轉(zhuǎn)化后的灰度圖進(jìn)行分解,分別構(gòu)建高斯金字塔及拉普拉斯金字塔。(4)提出了一種新的多分辨率測量點云匹配算法。首先,將點云轉(zhuǎn)化為二維灰度圖,并對灰度圖進(jìn)行塔型分解。選擇合適的金字塔層進(jìn)行二維種子點拾取,映射至三維點云中,組成三維種子點集,最后,使用拾取的種子點進(jìn)行ICP匹配,建立完整的點云模型。在此理論基礎(chǔ)上,采用C++和OpenGL開放圖形庫在Visual Studio平臺實現(xiàn)了該算法,并與已有的點云匹配算法進(jìn)行實驗對比研究,實驗結(jié)果表明,新方法在匹配效率及匹配精度方面均有明顯提高。
【圖文】：

西安電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文2圖1.1 三維重構(gòu)在文物保護(hù)、機械工程及醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用三維光學(xué)掃描[4]一般采用非接觸式的測量方式，即光學(xué)掃描儀與被測物體不進(jìn)行直接接觸，而是通過激光信息得到物體表面的采樣數(shù)據(jù)，進(jìn)而組成點云，然后完成三維重構(gòu)，如圖 1.2 所示。相比于傳統(tǒng)的接觸式測量技術(shù)，，光學(xué)測量具有非接觸、速度快、精度高等特點，因此能極大地節(jié)約時間和成本，并且能更準(zhǔn)確地獲取到復(fù)雜物體表面的測量信息，測量數(shù)據(jù)具有較強的復(fù)用性。這些優(yōu)勢使得三維光學(xué)掃描測量技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用與發(fā)展。在某些特殊場合，三維光學(xué)掃描技術(shù)具有獨特的、不可替代的作用

[5]，因此近十幾年來發(fā)展迅速。圖1.2 三維光學(xué)掃描儀點云匹配（Point cloud registration）[6]，又稱點云拼接、點云配準(zhǔn)、坐標(biāo)匹配等，是三維光學(xué)掃描測量以及三維重構(gòu)過程中的一個重要環(huán)節(jié)，也吸引了眾多學(xué)者開展研究。匹配技術(shù)的實質(zhì)是將處于不同坐標(biāo)系的點云數(shù)據(jù)統(tǒng)一到同一個坐標(biāo)系下[7]，在匹配過程中，將其中一幅點云近似成目標(biāo)曲面，把其它的點云變換到它的坐標(biāo)系下，如圖 1.3 所示。坐標(biāo)變換過程中會導(dǎo)致點云變換前后的差異，由此決定了匹配的誤差，這是匹配過程的必然結(jié)果，也是三維光學(xué)掃描測量中影響測量精度的最主要因素之一。所以，在三維光學(xué)掃描測量過程中，一個正確并且高效的匹配算法是關(guān)鍵，它直接影響三維光學(xué)掃描測量中模型的重構(gòu)質(zhì)量
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TP391.41

【參考文獻(xiàn)】

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10 熊邦書,何明一,俞華t

本文編號：2662785