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1、激光三維掃描點(diǎn)云數(shù)據(jù)的的的配準(zhǔn)的配準(zhǔn)研究StudyofRegistrationforLaser3DPointCloudData(國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目:61027012,61177002)學(xué)科專業(yè)：光學(xué)工程研究生：彭博指導(dǎo)教師：葛寶臻教授天津大學(xué)精密儀器與光電子工程學(xué)院二零一一年十二月獨(dú)創(chuàng)性聲明本人聲明所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝之處外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過(guò)的研究成果，也不包含為獲得天津大學(xué)或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過(guò)的材料。與我一同工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作
2、了明確的說(shuō)明并表示了謝意。學(xué)位論文作者簽名：簽字日期：年月日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解天津大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定。特授權(quán)天津大學(xué)可以將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，并采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編以供查閱和借閱。同意學(xué)校向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和磁盤。（保密的學(xué)位論文在解密后適用本授權(quán)說(shuō)明）學(xué)位論文作者簽名：導(dǎo)師簽名：簽字日期：年月日簽字日期：年月日中文摘要激光三維掃描技術(shù)作為一種快速、高效的三維數(shù)字化手段，在諸多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，如工程設(shè)計(jì)，文物保護(hù)，虛擬現(xiàn)實(shí)，數(shù)字娛樂(lè)等。隨著應(yīng)用的深入，對(duì)
3、三維數(shù)據(jù)的獲取和處理效率都提出了更高的要求。對(duì)數(shù)據(jù)的處理理論及方法成為目前學(xué)術(shù)界研究的熱點(diǎn)，開發(fā)出高效的三維數(shù)據(jù)處理及分析算法成為研究的主要目標(biāo)。圍繞這一目標(biāo)，本文開展了如下工作：1．在分析國(guó)內(nèi)外激光三維掃描技術(shù)研究進(jìn)展的基礎(chǔ)上，對(duì)實(shí)驗(yàn)室已有的激光三維人體掃描儀進(jìn)行了改進(jìn)。升級(jí)了原有的圖像采集系統(tǒng)，利用軟件外觸發(fā)的方式實(shí)現(xiàn)了圖像采集系統(tǒng)內(nèi)部各攝像機(jī)的精確同步采集，并改善了運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)和圖像采集系統(tǒng)之間的通信方式，提高了激光三維人體掃描儀的分辨率和穩(wěn)定性。2．針對(duì)三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)的配準(zhǔn)問(wèn)題，提出了一種基于曲率圖的新配準(zhǔn)算法。該算法在點(diǎn)云數(shù)據(jù)中引入特征描述算子曲率圖的概念
4、。首先利用曲率圖對(duì)源點(diǎn)集進(jìn)行特征分析，并從中提取到一系列的特征保持點(diǎn)。然后利用曲率圖的比對(duì)計(jì)算，在目標(biāo)點(diǎn)集中找到潛在的對(duì)應(yīng)點(diǎn)，并利用點(diǎn)云內(nèi)部距離的空間變換不變性，通過(guò)改進(jìn)的貪婪算法實(shí)現(xiàn)了對(duì)應(yīng)點(diǎn)的精確匹配。最后通過(guò)對(duì)應(yīng)點(diǎn)對(duì)求取源點(diǎn)集和目標(biāo)點(diǎn)集間的坐標(biāo)變換關(guān)系，實(shí)現(xiàn)了兩點(diǎn)云數(shù)據(jù)的粗略配準(zhǔn)，在此基礎(chǔ)上，采用改進(jìn)的迭代最近點(diǎn)算法實(shí)現(xiàn)了源點(diǎn)集和目標(biāo)點(diǎn)集之間的精確配準(zhǔn)。3.基于上述配準(zhǔn)理論，利用VC++編程實(shí)現(xiàn)了激光三維掃描點(diǎn)云數(shù)據(jù)的配準(zhǔn)軟件模塊，能將不同視圖下、具有重疊部分的兩三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)（源點(diǎn)集與目標(biāo)點(diǎn)集）精確配準(zhǔn)在一起。通過(guò)對(duì)實(shí)測(cè)點(diǎn)云數(shù)據(jù)的精確配準(zhǔn)證實(shí)了該配準(zhǔn)算法的有效
5、性。關(guān)鍵詞：：：激光三維掃描同步圖像采集特征描述算子點(diǎn)云配準(zhǔn)ABSTRACTLaser3Dscanningtechnology,asarapidandefficient3Ddigitalmethod,hasbeenwidelyusedinmanyareas,suchasengineeringdesign,protectionofculturalrelics,virtualreality,digitalentertainmentandsoon.Alongwiththein-depthapplication,theefficientalgrorithmsfor3Dda
6、taacquisitionandprocessarerequired.Thedataprocessingtheoryandmethodshavebecomethehotspotofacademicresearch.Developmentofefficient3Ddataprocessingandanalysisalgorithmsbecomethemainresearchobjective.Centeringontheobjective,thispapercarrysoutthefollowingwork:1．Basedontheanalysisofdomesti
7、candforeignresearchprogressoflaser3Dscanningtechnology,theLaser3Dbodyscannerofourlabisimproved.Theoriginalimageacquisitionsystemisupgraded.ThesynchronousimageacquisitionofeightCCDcamerasisachievedusingsoftwaretriggertechnology.Thecommunicationofthemotioncontrolsystemandimageacquisitio
8、nsyst
