基于總體最小二乘的點云三維配準及改進的ICP算法研究.pdf

1、三維激光掃描儀作為一種新興的測量手段，可以快速高效地獲取實物或場景的三維點云信息。本文針對三維激光掃描點云拼接的核心問題，研究探討了基于總體最小二乘和抗差估計的點云數(shù)據(jù)三維配準方法，并基于多元總體最小二乘理論研究改進了的迭代最近點算法（ICP），有效提高了配準的效率和穩(wěn)健性。
　　1.研究基于總體最小二乘附有限制條件的三維基準轉換模型及其抗差算法。在論述杠桿觀測值及其對抗差權函數(shù)和總體最小二乘模型的影響，并公式推導影響存在性的基礎

2、上，構建了面向三維坐標轉換的三種抗差權函數(shù)：Huber、顧及杠桿觀測值的IGG和IGGⅢ。實驗研究表明基于總體最小二乘的模型精度優(yōu)于最小二乘模型，IGG權函數(shù)和IGGⅢ權函數(shù)抗差效果優(yōu)于Huber。
　　2.引入多元總體最小二乘算法，研究了基于多元總體最小二乘的三維基準轉換模型及其抗差算法。針對附有限制條件的三維基準轉換模型中存在的模型誤差和病態(tài)問題，結合重心化后三維基準轉換模型函數(shù)前后對稱的特點，建立了基于多元總體最小二乘三維基

3、準轉換模型，實現(xiàn)了模型抗差計算。驗證表明，基于多元總體最小二乘的求解模型比傳統(tǒng)的求解轉換參數(shù)的模型精度更優(yōu)，且計算過程效率較高；
　　3.在三維點云拼接過程中，提出利用多元總體最小二乘改進ICP算法并推證了算法的可行性和有效性。研究通過主元分析法獲取點云間的初始位置，利用KD-Tree進行最近點搜索，基于改進的ICP算法實現(xiàn)剛體轉換參數(shù)的求解。實驗研究表明，改進的ICP算法計算效率優(yōu)于基于四元數(shù)法ICP算法，在保證精度的前提下，提