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基于SIFT算子的地面激光点云数据配准方法研究

作　者: 吴耀
导　师: 陈晓勇
学　校:
专　业: 地图学与地理信息系统
关键词: 地面激光扫描 SIFT算子法向锥点云配准
分类号: P225.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

激光扫描技术是一种新型的快速数据获取技术，能够准确、无接触地获取地物表面的三维信息，现已成为复杂目标三维建模的基础。但是由于地面激光扫描仪特有的工作方式以及目标地物的自身因素，为了获取完整的三维信息，往往需要对目标地物进行多站扫描，并通过点云数据配准技术，实现多站点云数据的坐标统一，以便最后制作完整逼真的三维模型。由于点云数据的配准质量直接影响到后期三维建模的质量，因此，点云数据配准方法的研究一直是点云数据处理领域的热点问题。但是现有的点云数据配准方法在精度、效率和应用范围等方面均存在一定的局限性，阻碍了利用点云数据快速建模。本文针对以上问题，在分析现有的点云数据配准方法的基础上，研究采用了一种基于SIFT算子的地面激光扫描点云数据配准方法。首先，充分利用激光扫描数据特有的2.5维特性，阐明了一种点云数据的图像存储方法。该方法在快速准确地存储点云数据的同时，显式地描述了点云数据隐含的结构化信息，进而为点云数据配准奠定基础。其次，基于SIFT算子实现了一种适用于地面激光扫描数据的自动化配准。在对三维几何模型分析的基础上，确定了描述三维模型的几何不变量；在点云图像的基础上，快速计算并存储点云法线，利用高斯卷积函数，建立不同尺度下的金字塔图像；通过在不同的尺度空间下，检测法线变化的局部极值点，得到稳定可靠的特征点；利用统计分类方法对法线进行直方图统计，得到描述特征点的特征向量；采用特征向量之间的欧氏距离作为特征点的相似性度量，进行特征点匹配，从而快速完成点云数据配准。最后以实地获取的建筑物数据为实验数据，验证了文中提出的点云配准方法的可行性和有效性。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-5
目录  5-7
1 绪论  7-13
  1.1 研究的背景与意义  7-8
  1.2 国内外研究现状及趋势  8-11
  1.3 研究目标和内容  11-12
  1.4 各章节安排  12-13
2 点云数据图像存储方法  13-20
  2.1 PTX 文件解读  13-15
  2.2 TXT 文件解读  15-16
  2.3 点云数据图像存储方法  16-20
    2.3.1 点云数据的排序  16-17
    2.3.2 重叠数据的去除  17-19
    2.3.3 点云图像的生成  19-20
3 基于 SIFT 算子的地面激光点云数据配准方法  20-31
  3.1 SIFT 图像配准方法  20-21
  3.2 基于 SIFT 的点云图像配准方法  21-26
    3.2.1 基础概念  22-23
    3.2.2 几何不变量  23-26
    3.2.3 描述符的确定  26
  3.3 配准方法实现  26-31
    3.3.1 二维点云图像的法向计算方法  27-28
    3.3.2 法向锥半角的计算  28
    3.3.3 金字塔图像的建立  28-29
    3.3.4 极值检测  29
    3.3.5 确定特征点的主方向  29
    3.3.6 特征向量的生成及匹配  29-31
4 实验与分析  31-39
  4.1 实验设备  31-32
  4.2 点云数据预处理  32-33
  4.3 实验与分析  33-39
    4.3.1 点云图像存储  33-35
    4.3.2 点云配准结果分析  35-39
5 结论与展望  39-40
  5.1 本文工作总结  39
  5.2 研究展望  39-40
致谢  40-41
参考文献  41-44
攻读硕士期间发表的论文  44

基于SIFT算子的地面激光点云数据配准方法研究

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