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1、進化點云拼接技術的優(yōu)化加速方法研究Researchonacceleratemethodsforevolutionarypointcloudregistrationtechnique(國家自然科學基金重點項目:No.61535008)學科專業(yè)：光學工程領域研究生：鄒力指導教師：葛寶臻教授天津大學精密儀器與光電子工程學院二零一七年十一月摘要隨著三維點云采集設備的不斷發(fā)展，三維點云數(shù)據(jù)已成為機器視覺領域內的重要數(shù)據(jù)形式。由于視場限制和物體形貌的遮擋，很難一次獲得物體的全部三維點云信息，需要通過多次變換
2、視角進行點云采集，再將點云數(shù)據(jù)統(tǒng)一到同一坐標系下，從而完整描述被測物體。因此，精確、高效和魯棒的點云拼接算法是三維成像領域的一個研究熱點。在點云拼接算法中，進化點云拼接算法是一種新興的精度較高，對初始位置不敏感的拼接算法。但該類算法拼接耗時往往較長，影響了其在工程領域的實際應用。因此，本文圍繞該類算法的加速策略，開展了以下研究：1.研究了目前主流的點云拼接技術，包括多種粗拼接算法、經(jīng)典ICP類精確拼接算法以及兩種典型的ICP改進算法、進化點云拼接算法等；并對這些算法進行了對比、分析，指出了各種算
3、法的適用條件、局限性及改進方向。2.針對進化拼接算法中，拼接算法收斂精度遠高于模型分辨率而造成的過度開發(fā)問題，提出一種基于哈希表和飛蛾火焰的進化拼接算法。所提算法利用哈希表的快速插入查找功能緩存目標函數(shù)值，避免進化群體的過度開發(fā)和重復搜索；在飛蛾火焰算法中引入新的搜索方程和重啟動機制來平衡其探索和開發(fā)性能；最后利用改進的飛蛾火焰算法優(yōu)化求解空間最優(yōu)變換。通過與多種最新的進化拼接算法進行對比實驗，驗證了所提算法能夠有效縮短運算時間。3.針對現(xiàn)有進化點云拼接算法未使用點云色彩信息這一局限性，提出一種
4、基于色彩信息的自適應進化點云拼接算法。使用隨機采樣與色彩特征點相結合的方式對輸入點云進行采樣，以包含色彩約束的點對距離中值為目標函數(shù)，利用自適應進化算法求解兩片點云間的最優(yōu)空間變換，實現(xiàn)三維點云數(shù)據(jù)的有效拼接。4幅彩色點云的拼接實驗結果表明，與僅使用空間信息的自適應進化點云拼接算法和其他兩種較新的進化拼接算法相比，所提算法在保證同等拼接精度的情況下，能夠有效縮短拼接時間。關鍵詞：三維數(shù)字化技術進化算法點云拼接彩色點云算法加速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
