双振镜系统激光点云数据预处理

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1、电子科技大学UNIVERSITYOFELECTRONICSCIENCEANDTECHNOLOGYOFCHINA硕士学位论文MASTERTHESIS（电子科技大学图标）论文题目双振镜系统激光点云数据预处理学科专业电路与系统学号201121020150作者姓名刘强指导教师习友宝教授分类号密级注1UDC学位论文双振镜系统激光点云数据预处理（题名和副题名）刘强（作者姓名）指导教师习友宝教授电子科技大学成都（姓名、职称、单位名称）申请学位级别硕士学科专业电路与系统提交论文日期2014.03论文答辩日期2014.05.

2、05学位授予单位和日期电子科技大学2014年06月答辩委员会主席评阅人注1：注明《国际十进分类法UDC》的类号。RESEARCHONALGORITHMOFPOINGCLOUDDATAPREPROCESSINGBASEDONTWOOSCILLATINGMIRRORSAMasterThesisSubmittedtoUniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaMajor:CircuitsandSystemsAuthor:LiuQiangAdvisor:Prof

3、.XiYoubaoSchool:SchoolofElectronicEngineering独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。作者签名：日期：年月日论文使用授权本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文的规定，有

4、权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后应遵守此规定）作者签名：导师签名：日期：年月日摘要摘要随着三维激光扫描技术的出现和不断进步以及点云数据处理方法的不断改善，点云数据已经成为一种新的易获取的且能精确模拟实际物体的数据形式，得到大量运用。而双振镜结构的点云数据获取平台也因为其易于实现、适合远距离大物体扫描、扫描速率高等优点

5、得到了广泛运用。但是双振镜系统也存在较差的抗噪性、获取的点云精度不高且易受外界干扰（如振动）等缺点。这需要在应用点云数据前对点云数据进行相应的预处理特别是去噪处理。点云数据预处理算法可在两种模型下进行，即点模型和网格模型。基于网格模型处理灵活方便、精度高的特点，本文采用网格模型对基于双振镜平台的点云数据进行预处理分析并着重设计和实现基于网格模型去噪算法。本文主要包括基于法向的双边滤波算法的设计，基于三角网格边界和网格面积的离散微分算子设计以及去噪算法目标表达式的优化和实现。主要工作有：1.首先简单介绍网格模

6、型点云数据预处理的简单内容，包括点云曲面重建、点云去噪和点云数据精简。着重介绍了网格模型的点云数据去噪算法。本文通过分析已有的三维网格模型的相关算法并在此基础上进行相应的改进，提出了一种基于网格面片法向量的双边滤波去噪算法。该算法能够获得较好的去噪声性能。然而考虑实际使用情况，设计双边滤波算法并不适用于远距离大物体的稀疏点云的去噪处理。2.为此设计一种基于三角网格的离散微分算子用于去噪处理，并将连续曲线的散度理论运用到离散网格边界，获得了基于网格外法向量的离散边界微分算子。由于该种算子不具有抗网格退化性，本

7、文对此进行了优化并提出一种基于网格面积的离散微分算子，该种算子具有较好的抗网格退化特性。本文通过对该算子进行L0范数最小化限制构建最小二乘形式的去噪方程。3.由于目标表达式式包含L0范数最小化形式，使得目标表达式式成为NP-难问题。本文采用一种劈二次因子的方法将目标表达式转换成两个可独立求解子问题。这样可以采用子问题的解析解进行迭代优化目标表达式。本文提出的基于离散微分算子的去噪算法能有效去除噪声，该算法对高分辨率的密集点云和低分辨率的稀疏点云均可以获得较好的处理效果。实践证明，本文提出的算法获得了较好的去

8、噪效果。关键词：点云模型去噪，双边滤波，离散微分算子，L0范数最小化，迭代优化IABSTRACTABSTRACTWiththeinventionandrapiddevelopmentof3Dlaserscanningaswellastheprocessingmethods,pointclouddatahasbecomeanovelwayofmodelingobjectswithitspropertyofeasy-