基于多核DSP的激光点云三维重构技术研究

论文摘要

三维重构是三维智能信息处理的核心技术,在数字城市、智能交通、逆向工程、文物修复、医学图像处理等领域有着广阔的应用背景。传统激光点云三维重构主要是基于PC平台完成,不仅效率低下,而且其重量体积功耗等均无法满足当前无人机载成像激光雷达系统等场合的应用。随着电子技术发展,多核DSP的应用在很多场合取代了PC机的功能,在主频、功耗、体积、运算能力等方面较PC机均具有突出优势,并具备强大的并行处理能力,非常适合大规模点云处理。因此,开展基于多核DSP的三维并行重构技术研究,不仅能显著提高点云处理及表面重构的效率,同时还能提升成像系统灵活性,对三维实时重构技术发展及应用具有非常重要的意义。鉴于此,本文以激光点云为研究对象,对三维重构中去噪、配准及表面重构等关键技术的并行处理展开了深入研究,主要研究内容包括以下三个方面:1)基于多核DSP平台的点云离群点并行剔除技术实现。深入研究了基于k-means聚类的离群噪点剔除算法,并在基于PC平台的MATLAB软件中进行算法仿真实验,验证了其可行性;提出了一种基于多核DSP平台的点云离群点并行剔除方案,采用了主从模式任务架构,利用IPC MessageQ实现了核间通信,并在基于多核DSP平台的CCS软件中进行了仿真实验,最后与基于PC平台的处理结果做了对比分析。2)基于多核DSP平台的点云并行配准技术实现。深入研究了点云配准过程中特征点检测、特征描述子计算、特征点匹配等关键技术,重点研究了基于改进特征点匹配的迭代最近点（ICP）配准算法,并在PC平台进行了算法仿真实验,验证了其可行性;提出了一种基于多核DSP的点云并行配准方案,并基于多核DSP平台进行了点云并行配准仿真实验,最后与基于PC平台的配准结果做了对比分析。3)基于多核DSP平台的点云表面并行重构技术实现。深入研究了基于生长法的Delaunay三角网格重构算法,并在PC平台进行了算法仿真实验,验证了算法的可行性;提出了一种基于多核DSP的点云模型并行重构方案,并基于多核DSP平台进行了点云并行重构仿真实验,最后与基于PC平台的重构结果做了对比分析。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
•   1.1 研究背景及意义
•   1.2 三维重构技术国内外研究现状
•     1.2.1 国外研究现状
•     1.2.2 国内研究现状
•   1.3 本文主要研究内容及结构安排
• 第2章 激光点云三维重构技术理论研究
•   2.1 点云数据概述
•     2.1.1 点云数据的获取
•     2.1.2 点云数据的分类
•     2.1.3 点云数据的解算
•   2.2 三维点云重构技术研究
•     2.2.1 三维重构关键技术分析
•     2.2.2 三维点云的离群点剔除技术研究
•     2.2.3 三维点云的配准技术研究
•     2.2.4 三维点云模型重构技术研究
•   2.3 本章小结
• 第3章 基于PC平台的点云三维重构关键技术实现
•   3.1 基于k-means聚类的离群噪点剔除算法实现
•     3.1.1 k-means算法概述
•     3.1.2 基于k-means的离群噪点剔除
•     3.1.3 实验仿真结果分析
•   3.2 基于改进ICP配准算法实现
•     3.2.1 特征点检测
•     3.2.2 PFH和 FPFH描述子
•     3.2.3 基于改进的NNDR特征点匹配
•     3.2.4 错误匹配点对剔除
•     3.2.5 基于改进的ICP配准算法
•     3.2.6 实验仿真结果分析
•   3.3 基于Delaunay三角网格模型重构算法实现
•     3.3.1 Delaunay三角剖分
•     3.3.2 基于Delaunay生长法三维点云模型重构
•     3.3.3 实验仿真分析
•   3.4 本章小结
• 第4章 基于多核DSP的三维点云并行重构技术实现
•   4.1 TMS320C6678 多核DSP
•     4.1.1 多核DSP概述
•     4.1.2 并行处理框架
•     4.1.3 核间通信模式
•   4.2 基于k-means去噪算法的多核并行处理设计
•     4.2.1 主从模式设计
•     4.2.2 MessageQ核间通信设计
•     4.2.3 基于k-means算法并行处理设计
•     4.2.4 实验对比分析
•   4.3 基于改进ICP配准算法的多核并行处理设计
•     4.3.1 数据流模式设计
•     4.3.2 基于改进ICP配准算法的多核并行处理设计
•     4.3.3 实验对比分析
•   4.4 基于Delaunay生长法的三维点云并行重构设计与实现
•     4.4.1 算法并行设计分析
•     4.4.2 基于Delaunay生长法的三维点云并行重构设计
•     4.4.3 实验对比分析
•   4.5 本章小结
• 第5章 总结与展望
•   5.1 主要的研究内容和结论
•   5.2 研究展望
• 参考文献
• 附录A 攻读学位期间取得的成果
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 刘鹏

导师: 王春阳

关键词: 三维重构,多核,并行处理,点云,三角剖分

来源: 长春理工大学

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: 长春理工大学

分类号: TN249

总页数: 76

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