基于进化算法的三维点云自由拼接研究

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1、基于进化算法的三维点云自由拼接研究StudyofRegistrationfor3DPointCloudsBasedonEvolutionaryAlgorithms(国家自然科学基金资助项目:61177002)学科专业：光学工程研究生：周天宇指导教师：葛宝臻教授天津大学精密仪器与光电子工程学院二零一五年十一月摘要激光三维扫描技术是一种快速、高效的三维数字化手段，目前已经广泛应用于形貌测量、生产制造、逆向工程、影视娱乐以及人体工程学设计等领域。现存的三维点云数据获取方法和数据处理效率仍然存在上升空间，开发出高效的点云自由拼接算法成为研究的热点。围

2、绕这一目标，本文开展了如下工作：1．进行从大量的数据点云中快速准确提取特征点的研究。对常用的曲率取点、均匀取点、关键点(KPQ)提取、固有形状特征(ISS)等取点算法进行了分析和实验，讨论了不同算法的特点，对ISS特征点提取算法引入了邻域半径约束的改进策略，使其广泛适用于一般性的点云模型的特征提取。2．对描述两片点云拼接精度的对应点之间距离中值的目标函数进行了分析，论证了使用群智能算法进行函数优化的可行性，实现了粒子群算法(PSO)、生物地理学优化算法(BBO)、人工蜂群算法(ABC)的功能。3.基于特征点提取和群智能优化算法，利用Matla

3、b编程实现了完整的三维点云自由拼接算法，通过对理想点云库模型和实测存在噪声的点云数据的拼接实验，比较了不同算法对不同模型的拼接精度和效率。同时通过对不同重合率点云的拼接测试，获得了点云重合率与拼接精度的关系。关键词：三维点云模型特征点提取算法群智能算法点云拼接ABSTRACTLaser3Dscanningtechnologyhasbeenakindoffastandefficientmeansof3Ddigitalmethod.Ithasbeenwidelyappliedinsurfacetopographymeasurement,garme

4、ntmanufacturing,reverseengineering,filmandtelevisionentertainment,humanbodyengineeringdesignandsoon.Theexistingmethodsof3Dpointcloudsdataacquisitionanddataprocessingefficiencyareexpectedtoreachahigherlevel.Thedevelopmentofefficientpointcloudsregistrationalgorithmshasbecomet

5、hehotspotofacademicresearch.Surroundingontheobjective,themajorworkandinnovationareasfollows:1．Wehavedoneresearchonextractingfeaturepointsinlargepointsquicklyandaccurately.Thispaperanalyzedandcomparedcurvaturefeaturepointsextraction,randomsampling,KPQ-pointsextraction,ISSfea

6、turepointsextraction.WeproposeanimprovedISSalgorithmadoptinganeighbourpointsradiusconstraintstrategy,makeitsuitableforgeneralpointcloudmodels.2．Weanalyzedthefitnessfunctionofthemediandistancebetweencorrespondingpointswhichisusedtodescribetheaccuracyofimageregistrationandpro

7、vedtheswarmintelligencealgorithmcanbeusedtooptimizethefunction.WehaverealizedthefunctionofParticleSwarmOptimization,theBiogeography-basedoptimization,theArtificialBeeColonyAlgorithm.3．Basedontheresearchesabove,thecompleteregistrationalgorithmofpointcloudshasbeendevelopedbyM

8、atlab.Throughtheregistrationresultsofidealmodelsandrealhumanmodel,theperformanceof