基于三维激光扫描的粮仓储量测量中点云数据处理技术的研究——硕士论文

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1、分类号：学校代码：密级：学号：EastChinaNormalUniversity硕士学位论文MASTER’SDISSERTATION论文题目：基于三维激光扫描的粮仓储量测量中点云数据处理技术的研究院系：信息科学技术学院专业：通信与信息系统研究方向：激光雷达数据处理指导教师：学位申请人：年月日华东师范大学硕士学位论文内容摘要三维激光扫描仪（又称“激光雷达”）能够快速、有效地获取空间点的三维坐标，产生场景的离散点云数据。基于激光雷达以及点云数据处理的技术在机器视觉、地形扫描和三维场景重建等领域有着广泛的应用前景。本文

2、重点研究三维点云数据的处理技术，并将其应用于大型粮食仓库的清仓查库工作中，以克服现有的人工丈量方法所面临的低效率、低精度和高成本等问题。本文主要研究成果以及创新工作体现在以下几处：首先，在多站位点云的配准阶段，提出了一种基于二维图像SIFT(Scale-InvariantFeatureTransform)算法的三维点云特征提取算法，配合快速点特征直方图(FPFH,FastPointFeatureHistograms)描述子，对点云进行“粗配准”。对只含有点空间坐标值的点云数据，本文利用点云表面的几何特征为点添加一

3、个额外字段，用于特征搜索，使此类点云数据适用于改进的SIFT算法。此外，还对原SIFT算法进行了一定的修改和简化，降低了精度要求，提高了计算速度。在“精配准”阶段，使用了比较成熟的迭代最近点算法(ICP，IterativeClosestPoint)。其次，本文改进了点云的可视化及操控方案，直接采用了OpenGL接口函数来编写底层的显示程序。与点云库PCL提供的基于VTK库的点云可视化模块相比，在显示性能上有明显的提高，支持多种格式的点云数据；在平台兼容性方面也优于后者，能更好地与桌面应用程序融合。针对粮仓点云数据

4、，本可视化方案还增设了一些实用的渲染功能，如实现点云按场景高度进行颜色渐变渲染，分割后进行类别渲染等。最后，本文设计和开发了粮仓点云数据综合处理显示软件，设计了完整的流程处理算法，并采用河北清苑粮仓的实测数据进行实验验证。通过该软件处理得到的粮仓体积与经人工丈量所得的数据相差约2%。由于人工丈量是将粮仓当作标准形状计算，所以软件的实际误差应该更小，该软件将可应用于大型粮仓的存储体积计算工作中。关键词：三维激光扫描仪，LiDAR，点云配准，SIFT算法，OpenGL可视化，粮仓体积测量。III华东师范大学硕士学位论

5、文ABSTRACTLaserscanningorLiDARisanactiveremotesensingtechnologywhichhastheadvantageofdirectlymeasuringthethree-dimensional(3D)coordinatesofthepointsfromalarge-scalescene.Itcanbeappliedinmanyfieldslikemachinevision,landscapescanning,3Dreconstruction,etc.Inthist

6、hesis,thistechnologyisutilizedtoperform3Dmodelingandvolumemeasurementofbulkgrainstoredinlargebins.Theinnovationsandcontributionsofthisthesisaremainlyreflectedinthefollowingaspects：1.Thisthesisproposesanefficientpointcloudregistrationschemesuitableforgranaryme

7、asurementapplications.AfeatureextractionalgorithmbasedonSIFT(Scale-InvariantFeatureTransformation)technologywithFPFH(FastPointFeatureHistograms)descriptorsisadaptedforthe3Dpointcloudscenarioandusedforcoarseregistration.Thefineregistrationstageemploysthefamous

8、ICP(IterativeClosestPoint)algorithm.InordertomaketheconventionalSIFTtechnologyapplicabletopointclouddatacontainingonlythe3Dcoordinatesinformation,amodifiedSIFTalgorithmadoptingthepoint’ss