逆向工程中三维激光点云数据的预处理技术研究

论文摘要

逆向工程近年来发展迅速,其本质是一种使产品设计再现的技术,因其独有的优势可以极大地缩短产品的开发周期,因此,在许多领域都得到了广泛的应用。逆向工程依靠三维信息采集设备得到点云数据,然后对采集得到的点云数据导出到实验设备上显示并进行点云数据的预处理,最后对处理好的点云数据进行三维重建,其中数据预处理是逆向工程的关键环节,处理结果的好坏直接影响重构的质量。本文主要研究三维点云数据的预处理,相关工作如下。首先通过对逆向工程以及三维激光点云的研究背景和应用价值进行了简单阐述,针对点云去噪提出了一种基于点云库分类去噪的算法。利用点云及其邻域点云的距离信息进行基于统计滤波的大尺度噪声的去除,然后利用与其邻域点的法矢量信息进行基于法向差滤波的部分小尺度噪声的去除,最后利用双边滤波对剩余点云进行光顺。通过与其他去噪方法的对比,证明本文去噪算法对噪声更加敏感,去噪效果更加理想。其次针对点云精简提出一种基于区域生长算法和曲率估计的改进点云精简算法。利用三维点云模型的局部距离信息、法线信息和曲率信息对其进行精简操作,首先对点云数据进行基于区域生长算法融合曲率估计的数据分割,根据曲率信息使点云分为不同的区块,然后对不同的区块进行自适应的精简操作。实验结果表明此方法在不破坏点云模型的前提下保留了更多的特征点,是一种较理想的精简算法。最后针对点云配准提出一种特征提取的改进ICP算法。利用本文精简算法对源点云进行精简,减少后续的工作量,计算点云的法矢量信息并生成FPFH特征描述子,寻找在目标点云中具有相似特征描述子的点进行基于采样一致性算法的初始配准,得到一个合适的初始位置,再进行根据曲率信息的特征提取的ICP算法的精准配准。通过实验分析验证了此方法的正确性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
•   1.1 研究背景
•     1.1.1 逆向工程的研究背景
•     1.1.2 三维激光点云的研究背景
•   1.2 国内外研究现状
•     1.2.1 三维激光点云去噪
•     1.2.2 三维激光点云精简
•     1.2.3 三维激光点云配准
•   1.3 论文主要研究内容和文章框架
• 第2章 基于噪声点分类的点云去噪算法研究
•   2.1 引言
•   2.2 噪声点云分析
•   2.3 点云法向量计算
•     2.3.1 点云的K近邻搜索
•     2.3.2 法向量计算方法
•   2.4 分类点云去噪算法研究
•     2.4.1 统计滤波算法介绍
•     2.4.2 法向差滤波算法介绍
•     2.4.3 双边滤波算法介绍
•     2.4.4 算法流程
•     2.4.5 算法效果展示
•   2.5 实验结果对比分析
•   2.6 本章小结
• 第3章 基于区域生长和曲率估计的精简算法研究
•   3.1 引言
•   3.2 常见的点云精简算法
•   3.3 基于区域生长和曲率估计的改进精简算法
•     3.3.1 点云曲率估计
•     3.3.2 区域生长算法
•     3.3.3 算法流程
•   3.4 实验结果及对比分析
•     3.4.1 实验结果
•     3.4.2 实验结果对比分析
•   3.5 本章小结
• 第4章 基于改进ICP配准算法的研究
•   4.1 引言
•   4.2 常用点云配准算法研究
•     4.2.1 刚体变换
•     4.2.2 点云数据的粗配准
•     4.2.3 点云数据的精细配准
•   4.3 基于特征点提取的改进ICP配准算法
• IA算法的粗配准'>    4.3.1 基于SAC_IA算法的粗配准
•     4.3.2 基于特征提取的改进ICP算法
•     4.3.3 两步配准算法流程
•   4.4 实验结果及分析
•   4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 姚瑞

导师: 陈卫东

关键词: 逆向工程,点云预处理,区域生长,曲率

来源: 燕山大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,无线电电子学

单位: 燕山大学

分类号: TN249

DOI: 10.27440/d.cnki.gysdu.2019.000586

总页数: 73

文件大小: 2696K

下载量: 144