点云数据预处理方法研究与实现开题报告

全文总字数：1608字

1. 研究目的与意义

三维激光扫描技术是近十几年迅速发展起来的一项新技术,在许多行业都得到了很好的应用。三维激光测量技术的出现和发展为空间三维信息的获取提供了全新的技术手段，为信息数字化发展提供了必要的生存条件。随着地面三维激光扫描仪的广泛使用，点云数据的分析处理业已成为许多领域的研究热点。点云数据预处理的首要任务是如何从所测数据中提取出工件的几何特征。然后在工件测量数据的几何属性的基础上，进行工件的分割处理，最后利用特征匹配识别对工件的原型进行处理，最终得到工件原型的特征。

可以利用点云数据来描述工件的模型，它一般是一系列的离散点，它主要是由三维数据采集设备所测得的，更准确的说工件模型是由一系列空间的采样几何点所构成的，以及与这些点相关联的表面属性。因此构成点云的最基本单位是点，且每个点都有与之相对应的工件信息。

点云预处理方法主要包括点云去噪、点云配准、点云分割与合并等.尽管激光扫描技术己经有十几年的发展历史,相应的硬件问题己基本上得到了解决,也有了不少成熟的商用系统,但在数据处理这方面的研究还相对比较落后,数据处理还主要是集中在旧的构建上,或点云数据与影像的融合处理上,直接对点云数据中提取实体特征信息和对目标分类的研究比较缺乏。但是，由于社会各界对三维激光扫描技术的极大关注和兴趣，近几年该技术的许多成果也相继出现.本课题拟重点对点云数据预处理方法中多视点点云数据配准进行研究，并应用计算机语言实现部分方法。

2. 国内外研究现状分析

见文献综述。

3. 研究的基本内容与计划

1.设计内容

1)点云数据配准原理、消噪原理和常用消噪方法；1.去噪原理：对扫描的点云数据进行滤波拟合，设定阈值，去除噪声点。2.去噪方法：掌握采用基于稳健估计的加权总体最小二乘点云数据平面拟合算法，在模型参数的迭代结算过程中自适应地修正观测向量权值与系数矩阵权值，使各观测向量的权值趋于合理，提高权值的可靠性，同时以三倍距离标准差为阈值，剔除异常数据。3.配准原理：确定点云间的变换掺数，从而实现将不同扫描坐标系下的点云转换至一个统一坐标系下。

2)geomagic软件使用；

3)基于最小二乘原理的多视点标靶的点云数据配准研究与实现；一般思路是建立扫描区的工程控制网，获取控制点的工程系坐标。然后将扫描区分为若干子区，在各子区控制点布设标靶，获得靶心坐标，再通过扫描仪自带软件获得标靶靶心在扫描系的坐标这些方法的基础是基于最小二乘法，最后利用刚体变换模型构建扫描系和工程系的配准方程，求解转换参数。

4)基于总体最小二乘原理的多视点标靶的点云数据配准研究与实现；在点云数据存在粗差或异常点时，最小二乘定位方法会产生定位错误的情况。因此采用基于稳健加权总体最小二乘的地面三维激光扫描球型标靶定位，采用稳健加权总体最小二乘方法来求拟合球形标靶，得到较为准确的球心坐标参数。最后利用刚体变换模型构建扫描系和工程系的配准方程，求解转换参数。

5)文本资料和软件说明书的撰写。

4. 研究创新点

在点云数据存在粗差或异常点时，最小二乘定位方法会产生定位错误的情况。本文采用总体最小二乘方法来求拟合球形标靶，有效剔除或减弱球体数据中异常点对参数估计的影响，得到较为准确的球心坐标参数。为后续的点云配准提供了精度保证。