低重叠率点云配准技术研究

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1、分类号：密级：UDC：编号：专业硕士学位论文（工程硕士）低重叠率点云配准技术研究硕士研究生：邵红旭指导教师：陆军教授企业导师：王林研究员工程领域：控制工程论文主审人：哈尔滨工程大学2018年6月分类号：密级：UDC：编号：专业硕士学位论文（工程硕士）低重叠率点云配准技术研究硕士研究生：邵红旭指导教师：陆军教授学位级别：工程硕士工程领域：控制工程所在单位：自动化学院论文提交日期：2018年5月论文答辩日期：2018年6月学位授予单位：哈尔滨工程大学ClassifiedIndex:U.D.C:ADissertationfortheDegreeofM.Eng(Masterof

2、Engineering)ResearchonPointCloudRegistrationTechnologywithSmallOverlapCandidate:ShaoHongxuSupervisor:Prof.LuJunAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:ControlEngineeringDateofSubmission:May.2018DateofOralExamination:Jun.2018University:HarbinEngineeringUniversity哈尔滨工程大学学位论文原

3、创性声明本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者（签字）：日期：年月日哈尔滨工程大学学位论文授权使用声明本人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件。本人允许哈尔滨工程大

4、学将论文的部分或全部内容编入有关数据库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文，可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为哈尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。本论文（□在授予学位后即可□在授予学位12个月后□解密后）由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保存、汇编等。作者（签字）：导师（签字）：日期：年月日年月日低重叠率点云配准技术研究摘要随着人们对世界的感知不仅仅局限于二维信息，在三维重建、机器视觉等众多领域，物体的三维信息扮演着越来越重要的角色。由于物体的形状、大小以及三维扫描设备

5、视角范围的限制，一次扫描并不能够获得物体完整的三维模型信息。为了得到完整的三维模型，需要对不同视角获取的点云数据进行配准，也就是确定不同视角下点云数据中点与点的对应关系，计算出旋转、平移矩阵并通过矩阵变换将点云数据统一在一个坐标系中，完成点云数据配准。本文在阅读了前人大量的研究文献并进行总结之后，将点云配准方法分为两大方面进行介绍。针对较低重叠率点云配准，分别从基于局部高维特征的配准算法和基于关键点选取的Super4PCS全局配准方法两个方面着手，进行了研究和改进，并通过实验验证了配准方法的可行性与有效性。论文首先对点云配准技术的研究背景意义、应用前景以及国内外研究近况

6、进行了简要介绍。明确点云配准的概念、讲述了点云的获取方式以及点云配准流程中相关的理论知识，为后续的配准工作做好铺垫。其次，论文在分析了基于法向量提取特征点的算法的优劣性后，设计了一种多尺度加权法向投影均值差的关键点提取算法。在查询点周围模拟不同的尺度空间，计算不同尺度空间内的点与查询点在法向方向上的加权投影均值差，将差值作为关键点选取的依据，这样能有效提取物体表面变化明显的点，为后续处理提供更高质量的关键点集。并使用SHOT特征对关键点集进行描述，查找特征之间的对应关系并计算出刚体变换矩阵用于粗配准，最后使用ICP精确配准。然后，论文在对Super4PCS配准算法进行了

7、分析和总结后，设计了基于关键点提取的Super4PCS配准改进算法。首先通过体素网格对原始点云数据进行下采样，使用关键点分布较为分散的ISS关键点选取方法提取关键点，减小一致性四点集搜索范围，降低了算法的时间复杂性并有效地抑制了噪声。对于低重叠率可能出现的配准效果不佳的情况，设计了基于最近一致性四点集的重叠区域提取方法，将重叠区域用于ICP配准，并将得到的刚体变换用于初始点云，完成配准。最后，本文在VC++环境下进行实验，对不同方法不同模型进行了实验，验证了本文算法的准确性与有效性。关键词：多尺度加权法向投影均值差；SHOT特征描述子；I