基于曲率估算的三维激光点云数据简化

论文摘要

随着科学技术的发展,自上世纪90年代三维激光扫描技术出现开始,这项技术一直是国内外学者研究的重点。三维激光扫描技术能够快速的、准确地测量物体三维坐标,获得其表面信息,得到的点云数据经过处理后可以构建反映物体真实信息的三维模型。由于其具有非接触性、高效性、实时性、高精度等优点,三维激光扫描技术在各个领域都得到了广泛的应用。随着实际应用中对点云精度的要求逐渐提高,点云数据量过大、密度过高成为了三维激光扫描技术发展的难题。如何快速准确地简化点云数据成为了三维激光扫描技术研究的重点。本文以简化点云数据为目的,较为深入的介绍了三维激光扫描技术及其数据处理方法,结合现已有方法,提出了分区域式点云简化法对点云数据进行简化。以下为本文主要工作:(1)本文总结了三维激光扫描技术和点云简化技术的国内外研究现状,介绍了三维激光扫描技术的原理及应用,并且对三维激光扫描系统误差进行了分析,阐述了点云数据获取和预处理流程,并重点对点云数据预处理中点云配准和点云去噪原理和常用方法进行了说明。(2)本文重点介绍了点云数据简化中几种经典的简化方法,包括随机采样法、基于包围盒的均匀网格法、曲率采样法、坐标增量法和聚类法,并总结了其优缺点。(3)针对大场景中点云分布不均匀,不同部分点云简化质量要求不同的情况,本文提出了分区域式简化法,其基本思路是:通过估算点云数据中每个点的曲率,将点云数据分成平缓区域和复杂区域,对平缓区域采用保留边界的随机采样法简化,对复杂区域采用分级式曲率法简化,最后再将两部分简化后点云数据合并完成整个点云数据简化。(4)基于MATLAB平台,完成了分区域式简化程序的编写,结合外业扫描的点云数据,实现了点云数据分区域式简化。最后在点云简化评价方面,从点云直观对比、建模直观对比和建模表面积变化三个方面与其他点云简化方法对比分析,完成对本文点云简化质量评价,结果表明本文提出的分区域式点云简化效果较好,简化质量较高。

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摘要

Abstract

第1章绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 国外研究现状

1.2.2 国内研究现状

1.3 研究内容与技术路线

1.3.1 研究内容

1.3.2 技术路线

1.3.3 结构安排

第2章三维激光扫描技术

2.1 三维激光扫描技术原理及应用

2.1.1 激光测距技术原理

2.1.2 地面三维激光扫描仪工作原理

2.1.3 三维激光扫描技术的应用

2.2 三维激光扫描系统的分类

2.2.1 机载三维激光扫描系统

2.2.2 地面三维激光扫描系统

2.2.3 便携式三维激光扫描系统

2.2.4 I-Site8820 三维激光扫描仪

2.3 三维激光扫描系统误差分析

2.3.1 仪器自身的误差

2.3.2 扫描产生的误差

2.3.3 外界环境引起的误差

2.4 点云数据的获取流程与预处理

2.4.1 点云数据的采集流程

2.4.2 点云数据的特点

2.4.3 扫描点云数据配准

2.4.4 扫描点云数据去噪

2.5 本章小节

第3章三维激光点云数据简化理论

3.1 点云简化原理

3.1.1 点云简化原则

3.1.2 点云的三维变换

3.2 经典点云简化方法介绍

3.2.1 随机采样法

3.2.2 基于包围盒的均匀网格法

3.2.3 曲率采样法

3.2.4 坐标增量法

3.2.5 聚类法

3.3 本章小节

第4章分区域式点云简化法

4.1 分区域式点云简化介绍

4.2 分区域简化法的理论基础

4.2.1 k-邻域索引

4.2.2 法向量及曲率的估算

4.2.3 平缓区域简化

4.2.4 复杂区域简化

4.3 本章小节

第5章分区域式点云简化实例

5.1 实例数据的采集及预处理

5.1.1 实验数据的采集

5.1.2 实验数据的预处理

5.2 分区域简化

5.3 简化质量评价与对比分析

结论与展望

致谢

参考文献

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 熊高翔

导师: 秦岩宾,孙铁钢

关键词: 三维激光扫描技术,点云简化,分区域式简化法,质量评价

来源: 成都理工大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 自然地理学和测绘学

单位: 成都理工大学

分类号: P225.2

DOI: 10.26986/d.cnki.gcdlc.2019.000180

总页数: 67

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