地面三维激光扫描数据压缩和配准研究

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1、分类号:P2210710-2015126037硕士学位论文地面三维激光扫描数据压缩和配准研究孙文亮导师姓名职称刘万林副教授申请学位级别工学硕士学科专业名称大地测量学与测量工程论文提交日期2018年04月18日论文答辩日期2018年05月31日学位授予单位长安大学TheresearchofcompressionandregistrationbasedonpointcloudofTerrestrial3DLaserScanningADissertationSubmittedfortheDegreeof

2、MasterCandidate:SunWenliangSupervisor:AssociateProf.LiuWanlinChang’anUniversity，Xi’an，China论文独创性声明本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表的成果。本声明的法律责任由本人承担。论文作者签名：年月日论文知识产权权属声明

3、本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属学校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时，署名单位仍然为长安大学。（保密的论文在解密后应遵守此规定）论文作者签名：年月日导师签名：年月日摘要随着科学技术和经济的快速发展，三维激光扫描技术在各个应用领域也得到了长足的发展，使得三维激光扫描技术在逆向工程、变形监测以及医学领域有了广泛的应用。三维激光扫描技术是在不接触被扫描目标物体的情况下，就能够获取物

4、体的表面特征点信息和纹理特征，然后对扫描获取的点云数据进行一系列的数据处理，就可以得到完整的、直观的物体细部特征，因此三维激光扫描技术的发展对物体的三维建模有重要的推动作用。然而，目前三维激光扫描技术还不够成熟，在自身扫描系统和数据处理方面都还存在不少急需解决的难题，尤其是对多个测站点云数据的配准精度是制约点云后续数据处理和三维建模精度的重要因素，由于三维激光扫描仪在对被扫描物体进行观测时，往往需要从多个测站点架设仪器才能获取被扫描物体的完整特征信息，但是这些测站点分别处于不同坐标系下，所以为了获

5、得目标物体的完整信息就需要对坐标系进行平移和旋转，从而将不同坐标系下的扫描结果统一到同一坐标系中。因此如何将这些不同坐标系下的测站高质量、高效的统一到同一坐标系中，所以这就要求对点云配准算法做精细化、高效化的研究，以提高点云配准的精度和效率。因此本文重点对三维激光点云数据压缩和配准算法进行研究，以下是本文主要的工作内容：(1)本文总结了三维激光扫描技术压缩算法和配准算法在国内外的研究现状，同时对三维激光扫描技术的基本原理、分类、应用领域和特点以及点云数据处理的流程做了相应的介绍。(2)本文采用的点

6、云数据量比较大，而且数据相对散乱，因此本文利用区域重心压缩算法对点云数据进行不同比例的压缩，然后根据不同的压缩比例，对压缩后的点云数据进行特征对比和质量分析，本文以VS2013为平台实现区域重心法压缩实验。(3)通过学习点云数据配准方法，分别介绍了常用的粗配准算法和精配准ICP算法，然后文章介绍了k-d树算法对点云数据的组织和最近点搜索，并且利用BBF(BestBinFirst)算法对k-d树最近点搜索进行改进，并利用改进后的k-d树算法加速ICP算法，通过VS2013平台对经典ICP算法和k-d

7、树加速ICP算法的优劣进行对比，实验结果表明了利用k-d树加速ICP算法，不仅提高了点云配准的效率，同时也提高了配准的精度。关键词：地面三维激光扫描技术，区域重心压缩算法，k-d树，ICPIAbstractWiththerapiddevelopmentofscience-technologyandeconomy,three-dimensionallaserscanningtechnologyhasmadegreatprogressinvariousapplicationareas,whichmak

8、esthree-dimensionallaserscanningtechnologyhaswidelyappliedinreverseengineering,deformationmonitoringandmedicalfield.Thethree-dimensionallaserscanningtechnologywhichisnotincontactwiththescannedobjectundertheconditionofsurfacefeatureandtexturefe