进化点云拼接技术的优化加速方法研究

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1、进化点云拼接技术的优化加速方法研究Researchonacceleratemethodsforevolutionarypointcloudregistrationtechnique(国家自然科学基金重点项目:No.61535008)学科专业：光学工程领域研究生：邹力指导教师：葛宝臻教授天津大学精密仪器与光电子工程学院二零一七年十一月摘要随着三维点云采集设备的不断发展，三维点云数据已成为机器视觉领域内的重要数据形式。由于视场限制和物体形貌的遮挡，很难一次获得物体的全部三维点云信息，需要通过多次变换

2、视角进行点云采集，再将点云数据统一到同一坐标系下，从而完整描述被测物体。因此，精确、高效和鲁棒的点云拼接算法是三维成像领域的一个研究热点。在点云拼接算法中，进化点云拼接算法是一种新兴的精度较高，对初始位置不敏感的拼接算法。但该类算法拼接耗时往往较长，影响了其在工程领域的实际应用。因此，本文围绕该类算法的加速策略，开展了以下研究：1.研究了目前主流的点云拼接技术，包括多种粗拼接算法、经典ICP类精确拼接算法以及两种典型的ICP改进算法、进化点云拼接算法等；并对这些算法进行了对比、分析，指出了各种算

3、法的适用条件、局限性及改进方向。2.针对进化拼接算法中，拼接算法收敛精度远高于模型分辨率而造成的过度开发问题，提出一种基于哈希表和飞蛾火焰的进化拼接算法。所提算法利用哈希表的快速插入查找功能缓存目标函数值，避免进化群体的过度开发和重复搜索；在飞蛾火焰算法中引入新的搜索方程和重启动机制来平衡其探索和开发性能；最后利用改进的飞蛾火焰算法优化求解空间最优变换。通过与多种最新的进化拼接算法进行对比实验，验证了所提算法能够有效缩短运算时间。3.针对现有进化点云拼接算法未使用点云色彩信息这一局限性，提出一种

4、基于色彩信息的自适应进化点云拼接算法。使用随机采样与色彩特征点相结合的方式对输入点云进行采样，以包含色彩约束的点对距离中值为目标函数，利用自适应进化算法求解两片点云间的最优空间变换，实现三维点云数据的有效拼接。4幅彩色点云的拼接实验结果表明，与仅使用空间信息的自适应进化点云拼接算法和其他两种较新的进化拼接算法相比，所提算法在保证同等拼接精度的情况下，能够有效缩短拼接时间。关键词：三维数字化技术进化算法点云拼接彩色点云算法加速ABSTRACTThree-dimensionalpointcloudd

5、atahasbeenanimportantdataformincomputervisionarea,alongwiththerapiddevelopmentofthedepth-acquisitiondevice.Itisdifficulttoobtainallthepointcloudinformationduetotherestrictionofthefieldofviewandtheocclusionoftheshape.Multipleviewsofpointcloudsneedtobe

6、collectedandthenalignedtoauniformcoordinatetodepicttheobjectcompletely.Therefore,accurate,efficientandrobustpointcloudregistrationmethodisahottopicinthree-dimensionalimaging.Evolutionarypointcloudregistrationmethodisakindofregistrationmethod,whichisi

7、nnovative,high-precisionandrobusttoinitialpositionsofpointclouds.However,thiskindofmethodusuallytime-consuming,whicheffectstheapplicationonengineeringarea.Thus,thispaperfocusesontheacceleratestrategyoftheevolutionarypointcloudregistrationmethodandcar

8、riesoutthefollowingstudy:1.Manystate-of-the-artregistrationmethods,includingvariousroughregistrationmethods,classicalICPfineregistrationmethodsandtwovariant,evolutionarypointcloudregistrationmethods,arediscussedandanalyzed.Theirapplicableconditions,l