基于對偶四元數(shù)的點云配準(zhǔn)算法研究.pdf

1、隨著計算機(jī)工程的飛速發(fā)展和廣泛應(yīng)用,三維幾何模型已成繼聲音、圖像、視頻之后的重要數(shù)字媒體。點云模型是以離散采樣點為基元的幾何模型,是三維幾何模型的自然表示方式。點云配準(zhǔn)是通過將場景中得到的物體特征和物體模型進(jìn)行特征匹配來完成的,研究如何從散亂點云中提取隱含的幾何信息和拓?fù)湫畔⒉⒔⒓s束。點云配準(zhǔn)是尋找一種三維空間剛體平移和旋轉(zhuǎn)使在不同視角下的三維坐標(biāo)點云共同部分能夠正確地匹配和搭接。三維點云配準(zhǔn)在計算機(jī)輔助手術(shù)三維導(dǎo)航、虛擬現(xiàn)實、醫(yī)學(xué)圖

2、像、機(jī)器人以及自動控制等領(lǐng)域有著越來越廣泛應(yīng)用。
　　 本文主要是對三維點云配準(zhǔn)算法及其相關(guān)問題進(jìn)行研究,主要工作內(nèi)容及創(chuàng)新點如下:
　　 1.對應(yīng)點集運動參數(shù)估計問題是點云配準(zhǔn)中的核心問題。本文采用新穎的對偶四元數(shù),提出一種精確有效的對應(yīng)點集運動參數(shù)估計算法。該算法最小化一個與旋轉(zhuǎn)和平移誤差總和有關(guān)的目標(biāo)函數(shù),提供了一種新的對應(yīng)點集運動參數(shù)求解方法。實驗證明了算法的性能和精度方法要優(yōu)于現(xiàn)存的SVD法和四元數(shù)法。

3、　　 2.探討了點云曲率特征點的提取方法,并在此基礎(chǔ)上提出了一種基于特征點的改進(jìn)ICP算法。算法在對待配準(zhǔn)點云進(jìn)行初始配準(zhǔn)的基礎(chǔ)上,利用曲率特征點集代替原點云進(jìn)行配準(zhǔn),并使用κ-dTree尋找最近點,最后利用對偶四元數(shù)方法計算坐標(biāo)變換,提高了配準(zhǔn)速度。實驗結(jié)果表明,算法效率較高,配準(zhǔn)效果理想。
　　 3.提出了一種基于八叉樹空間分割的點云配準(zhǔn)算法。算法首先對利用八叉樹對點云進(jìn)行空間分割,從而可以快速計算點云中每一點的K鄰域；然