基于特征的点云配准与拼接技术研究

《基于特征的点云配准与拼接技术研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、基于特征的点云配准与拼接技术研究ResearchonTechnologyofPointCloudRegistrationandMosaicBasedonFeatures学科专业：仪器仪表工程研究生：孙小兵指导教师：钟莹副教授天津大学精密仪器与光电子工程学院二零一五年十二月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和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他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

2、示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津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，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日摘要随着计算图形学的发展，逆向工程在产品制造、考古研究、虚拟现实等很多领域得到了广泛应用。作为逆向的核心技术，点云配准得到了学者的深入研究。点云配准的两个主要应用领域

3、是工件质量评估和模型拼接。本文以工件质量评估为例，提出基于特征的稀疏点云配准算法；以模型拼接为例，提出了基于特征的点云拼接算法。工件的加工精度对产品的性能有很大影响。三坐标测量机测量精度很高，可以获取工件测量数据。由于获取的点云为稀疏点云且含有很多平面、柱面特征，所以提出基于特征的稀疏点云配准算法。先人工选出待配准区域，删除多余部分，用最小二乘法进行平面特征提取，用Levenberg-Marquardt非线性最小二乘法进行柱面特征提取；使用特征建立局部坐标系，求出两簇点云间的旋转变换矩阵和平移矢量，完成初始配准；最后使用改进的ICP算法完成精确配准。设计了实验验证

4、了本文算法精度的可靠性，最后用提出的算法完成两个零件加工误差的检测。模型拼接的思路一般是在重合区域寻找对应点对，求出刚体变换，完成拼接。本文提出与现有方法不同的拼接算法，对于点云中的每一个点，通过查找邻域计算法矢，通过坐标变换和抛物面拟合来求得每一点的曲率值；设定合适的阈值来挑选出特征点集；构造一个相似度量来确定对应点对；用法矢约束来确定最优配准的三个点对，并由这三个点对求出旋转变换矩阵和平移矢量，完成初始配准；同样使用改进的ICP配准算法完成精确配准。实验表明，提出的算法精度在1μm以内。关键词：逆向工程；点云配准；特征；质量评估；点云拼接；ABSTRACTWi

5、ththedevelopmentofcomputergraphics,reverseengineeringhasbeenwidelyusedinmanyfieldssuchasproductmanufacturing,archaeologicalresearch,virtualrealityandsoon.Asthecoretechnology,thepointcloudregistrationhasbeendeeplystudied.Twomainapplicationsofpointcloudregistrationarethequalityevaluatio

6、nandthemodelmosaic.Aregistrationalgorithmofsparsepointcloudbasedonfeaturesisproposedwithqualityevaluationastheexample.Analgorithmofpointcloudmosaicbasedonfeaturesisproposedwiththemodelmosaicasexample.Themachiningaccuracyoftheworkpiecehasagreatinfluenceontheperformanceoftheproduct.Asth

7、ecoordinatemeasuringmachine(CMM)hashighmeasurementaccuracy,itcanbeusedtoacquirethedataofworkpiece.Asthepointcloudacquiredissparseandhasplaneandcylindricalfeatures,aregistrationalgorithmofsparsepointcloudbasedonfeaturesisproposed.First,theareatoberegisteredisselectedbyhandandtheredunda

8、ntare