【优秀硕士博士论文】三维离散数字模型获取系统中点云处理关键技术研究

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1、摘要博士学位论文三维离散数字模型获取系统中点云处理关键技术研究学科专业：机械制造2011年04月论文题目：三维离散数字模型获取系统中点云处理关键技术研究学科专业：机械制造摘要随着计算机技术与图像数字化技术的进步，光学三维测量技术在逆向设计、数字化文物、工业测量、动漫制作等领域获得了越来越广泛的应用。光学测量设备能够在短时间采集大量的密集点云数据，用于描述复杂的表面形状及几何细节特征，为三维数字模型的构建创造有利的条件。然而，扫描的点云数据包含大量的数据冗余与数据缺陷，难以直接应用于模型构造，而通用商业软件的处理方法不

2、具有扫描数据的针对性，处理过程工作量大、效率低，已成为光学测量技术应用的瓶颈。结合扫描设备特点，研究其点云模型处理技术有助于提高三维数字模型构建的效率和质量，对于推动光学测量设备的运用具有重要意义。本文针对面结构光测量获得的点云数据，在点模型的基础上，研究了点云数据的配准问题、融合算法、平滑处理等。主要研究内容和取得的研究成果如下：1）提出了多幅点云的粗配准和精确配准算法。针对粗配准，在摄影测量获得的全局标志点坐标和测量设备获得局部标志点坐标基础上，利用同名标志点间空间距离不变性，提出增长式构建匹配点对的配准方法，提

3、高了粗配准的速度和准确性；揭示双目测量设备粗配准误差分布规律，提出在光轴垂直面平移约束的两幅点云精确配准方法；针对多幅点云精确配准，提出点云相邻接数和初始配准误差双优先的配准序列，解决多幅点云配准中存在的误差传递与累积。2）提出基于法向约束的点云融合算法。经过坐标归一化多幅点云数据存在大量的数据冗余，影响计算的效率，同时，多幅点云间的配准误差也会影响构建最终模型的结果。针对点云模型融合问题，提出法向方向约束的融合点计算方法。采用两幅点云局部密度作为权值，在两幅点云间插值运算获得融合点坐标13摘要。实验表明，该方法在获

4、得光滑单层点模型的同时，能够较好地保持点分布的均匀性。3）提出基于自适应邻域的滤波算法。对于点模型的滤波方法，点的邻域对滤波结果有很大的影响。本文采用形状因子对降噪点邻域的形状进行量化分析，在此基础上，提出形状自适应的软阈值邻域选择方法，根据邻域内法向矢量的变化量和角度阈值，采用截断函数选择邻域，在模型表面平滑和尖锐特征保持两方面都获得了较满意的结果。4）提出基于补偿的散乱点云滤波算法。多次双边滤波会带来模型体积收缩和特征损失。针对于此，本文在双边滤波的基础上，提出二次双边滤波算子，根据滤波移动量的分布状态，构造补偿

5、函数，对滤波结果进行位置补偿，有效解决滤波过程中存在的体检收缩和细节特征模糊现象。实验表明，对于复杂形状的点云模型，该方法能够在滤波的同时，更好地保持细节特征。根据以上研究成果，开发了点云处理软件系统。系统实现了测量点云数据的配准、多幅点云数据的融合、滤波等功能。关键词：离散三维模型；点云处理；三维扫描；模型重构论文类型：应用研究13ABSTRACTTitle:StudyOnKeyTechnologiesofPointCloudProcessingin3DDigitalModelAcquiredSystemSpeci

6、ality:MechnicalMaufacturingApplicant:LiangXinheSupervisor:Prof.GuoChengABSTRACT英文摘要撰写要求如下：（1）用词准确，符合语法；（2）关键词按相应专业的标准术语写出，尽量从《英语主题词表》中摘选；（3）如果论文的主体工作得到了有关基金资助，应用英文在摘要第一页的页脚处标注：本研究得到某某基金（编号：）资助；中文摘要和英文摘要均不要求学位申请人及其指导教师签字。摘要正文每段开头不空格，每段之间空一行；Thekeypartsindripirri

7、gationfacilitiesareemitters.Thestructuraldesignparametersofemitterscandirectlyaffectitsperformanceandthefunctionofthewholedripirrigationsystem……1.Because……2.Only……3.Tosupport……KEYWORDS:XXX;XXX;XXX;XXX每个关键词组的第一个字母大写，其余为小写，每一关键词之间用分号分开，最后一个关键词后不打标点符号。例如：Dripirrig

8、ationemitter;RP&M;Hydraulics;LabyrinthflowchannelTYPEOFDISSERTATION:XXXXXXX须与中文摘要中的论文类型一致；每个单词第一个字母大写，其余为小写。例如：AppliedResearch论文类型包括：1.理论研究（TheoreticalResearch)，2.应用基础(Appli