点云配准方法及变形分析方法研究

论文摘要

三维激光扫描技术作为新兴的测量技术,突破传统的单点测量方式,以其高效率、高精度、高密度、自动化和数字化等特点,被广泛应用于文物保护、数字城市、室内设计、灾害评估和变形监测等领域。但由于三维激光扫描技术为无合作目标测量的原因,使得提取同名点变得略显困难,同时,点云配准精度对变形精度的影响可达厘米级,因此,三维激光扫描技术在变形监测领域的应用大打折扣。目前,尽管在点云配准与变形提取方面已经取得一定的成果,但仍然需要做更进一步的研究。本文在详细介绍点云数据预处理与变形监测方法的基础上,对点云配准方法与变形提取方法展开深入研究,其主要内容有:首先,在球标靶配准方面,针对“目前所有球标靶特征提取算法仅考虑倾向参数而忽略信号”的不足,构建基于最小二乘配置的球标靶特征提取模型及其解算方法,并通过实验检验算法的有效性;然后,针对“目前点云配准算法均为间接配准法,其配准精度与旋转平移参数的求解精度有关”的不足,提出基于三正交平面的点云直接配准算法,并通过实验检验算法的有效性;最后,在变形提取算法方面,针对同一目标的多期点云数据不具备重复性,且扫描数据具有一定厚度的问题,构建基于平面格网划分的点云类几何中心目标变形分析方法,并通过实验检验算法的有效性。

论文目录

中文摘要

Abstract

1 绪论

1.1 引言

1.2 国内外研究现状

1.2.1 标靶特征提取

1.2.2 点云配准研究现状

1.2.3 点云变形监测研究现状

1.3 研究内容及文章结构图

2 理论基础

2.1 点云滤波

2.2 点云配准

2.2.1 ICP配准

2.2.2 标靶配准

2.3 点云法向量

2.4 点云曲率

2.5 点云边界

2.6 点云格网划分

2.7 本章小结

3 球标靶特征提取算法

3.1 球标靶模型

3.2 最小二乘解算算法

3.3 整体最小二乘法

3.4 最小二乘配置算法

3.4.1 配置模型

3.4.2 实验步骤

3.5 实验分析

3.5.1 模拟实验

3.5.2 乒乓球扫描实验

3.5.3 结果分析

3.6 本章小结

4 点云配准算法

4.1 三正交面基本原理

4.2 基于三正交面的配准算法（TOP）

4.3 实验分析

4.3.1 模拟实验

4.3.2 扫描实验

4.3.3 结果分析

4.4 本章小结

5 点云变形分析

5.1 常用变形分析方法

5.1.1 重心法

5.1.2 模型比较法

5.1.3 特征拟合法

5.1.4 中值法

5.2 基于平面格网划分的类几何中心分析方法

5.3 实验分析

5.3.1 模拟实验

5.3.2 扫描实验

5.3.3 结果分析

5.4 本章小结

6 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

附录

A 作者在攻读硕士学位期间所发表的文章

B 作者在攻读硕士学位期间所参与的科研项目

C 高斯噪声下三种算法结果精度比较

D 瑞利噪声下三种算法结果精度比较

E 伽马噪声下三种算法结果精度比较

F 两期模拟数据的同名区域变形计算结果

G 学位论文数据集

致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 方西南

导师: 杨荣华

关键词: 三维激光扫描技术,点云配准,球标靶,变形监测

来源: 重庆大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 自然地理学和测绘学

单位: 重庆大学

分类号: P225.2

DOI: 10.27670/d.cnki.gcqdu.2019.000823

总页数: 73

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