激光三维扫描点云数据的配准研究.pdf

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1、激光三维扫描点云数据的的的配准的配准研究StudyofRegistrationforLaser3DPointCloudData(国家自然科学基金资助项目:61027012,61177002)学科专业：光学工程研究生：彭博指导教师：葛宝臻教授天津大学精密仪器与光电子工程学院二零一一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

2、了明确的说明并表示了谢意。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：年月日中文摘要激光三维扫描技术作为一种快速、高效的三维数字化手段，在诸多领域得到了广泛的应用，如工程设计，文物保护，虚拟现实，数字娱乐等。随着应用的深入，对

3、三维数据的获取和处理效率都提出了更高的要求。对数据的处理理论及方法成为目前学术界研究的热点，开发出高效的三维数据处理及分析算法成为研究的主要目标。围绕这一目标，本文开展了如下工作：1．在分析国内外激光三维扫描技术研究进展的基础上，对实验室已有的激光三维人体扫描仪进行了改进。升级了原有的图像采集系统，利用软件外触发的方式实现了图像采集系统内部各摄像机的精确同步采集，并改善了运动控制系统和图像采集系统之间的通信方式，提高了激光三维人体扫描仪的分辨率和稳定性。2．针对三维点云数据的配准问题，提出了一种基于曲率图的新配准算法。该算法在点云数据中引入特征描述算子曲率图的概念

4、。首先利用曲率图对源点集进行特征分析，并从中提取到一系列的特征保持点。然后利用曲率图的比对计算，在目标点集中找到潜在的对应点，并利用点云内部距离的空间变换不变性，通过改进的贪婪算法实现了对应点的精确匹配。最后通过对应点对求取源点集和目标点集间的坐标变换关系，实现了两点云数据的粗略配准，在此基础上，采用改进的迭代最近点算法实现了源点集和目标点集之间的精确配准。3.基于上述配准理论，利用VC++编程实现了激光三维扫描点云数据的配准软件模块，能将不同视图下、具有重叠部分的两三维点云数据（源点集与目标点集）精确配准在一起。通过对实测点云数据的精确配准证实了该配准算法的有效

5、性。关键词：：：激光三维扫描同步图像采集特征描述算子点云配准ABSTRACTLaser3Dscanningtechnology,asarapidandefficient3Ddigitalmethod,hasbeenwidelyusedinmanyareas,suchasengineeringdesign,protectionofculturalrelics,virtualreality,digitalentertainmentandsoon.Alongwiththein-depthapplication,theefficientalgrorithmsfor3Dda

6、taacquisitionandprocessarerequired.Thedataprocessingtheoryandmethodshavebecomethehotspotofacademicresearch.Developmentofefficient3Ddataprocessingandanalysisalgorithmsbecomethemainresearchobjective.Centeringontheobjective,thispapercarrysoutthefollowingwork:1．Basedontheanalysisofdomesti

7、candforeignresearchprogressoflaser3Dscanningtechnology,theLaser3Dbodyscannerofourlabisimproved.Theoriginalimageacquisitionsystemisupgraded.ThesynchronousimageacquisitionofeightCCDcamerasisachievedusingsoftwaretriggertechnology.Thecommunicationofthemotioncontrolsystemandimageacquisitio

8、nsyst