三维点云数据配准技术的研究与应用

论文摘要

逆向工程是针对消化、吸收先进技术的一系列分析方法和应用技术的组合。利用逆向工程技术可充分吸收国外先进的设计制造成果,使我国的产品设计立于更高的起点。研究逆向工程关键技术并开发具有自主知识产权的求逆系统具有重要的现实意义。本文提出的三维扫描误差分析系统是基于机器视觉光栅编码原理的双目视觉测量技术。本文对该系统的硬件系统作了精心的选择和设计并对本系统误差分析软件中的关键技术的算法及实现做了详细的论述。该误差分析部分分为三维数据格式的读取和显示、基于拾取点的三维图形的预配准和基于ICP算法三维图形的完整配准、误差值的求取和误差值的彩色显示等四个技术单元。误差分析部分是本三维扫描误差分析系统的一个重要环节,本文讨论了包括人机交互界面拾取、多视数据对齐定位及不同三维数据间的误差值求取等技术。研究了一种快速的“基于正交射影法”的空间点拾取技术并对ICP算法进行了改进。最后对所做的工作进行了总结,并对逆向工程技术的发展前景作了展望。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 逆向工程与点云配准问题的提出
• 1.3 点云配准问题的研究状况
• 1.4 国内外逆向工程测量技术研究、发展及应用概况
• 1.5 逆向工程中测量方法简介
• 1.6 本文的主要研究内容
• 第2章 机器视觉光学原理
• 2.1 机器视觉简介
• 2.2 机器视觉光学基础
• 2.3 本章小结
• 第3章 图像采集及系统硬件的选择
• 3.1 引言
• 3.2 图像采集设备
• 3.2.1 CCD摄像机
• 3.2.2 图像采集卡
• 3.3 图像输入、数字化和预处理
• 3.3.1 硬件连接
• 3.3.2 图像采集软件
• 3.4 系统硬件选择结果
• 3.5 本章小结
• 第4章 摄像机标定
• 4.1 引言
• 4.2 摄像机标定中的几个坐标系
• 4.2.1 图像坐标系
• 4.2.2 摄像机坐标系
• 4.2.3 世界坐标系
• 4.3 CCD摄像机参数的标定
• 4.4 本章小结
• 第5章 图像预处理及点云数据的三维重构
• 5.1 引言
• 5.2 图像的采集及处理
• 5.2.1 图像的二值化
• 5.2.2 图像的细化
• 5.2.3 图像光栅条纹的匹配
• 5.3 分块点云图像自动配准
• 5.4 散乱点云数据的三维重构
• 5.5 误差分析
• 5.6 本章小结
• 第6章 三维扫描误差分析系统软件的开发
• 6.1 引言
• 6.2 空间三维数据的读取与显示
• 6.2.1 STL文件格式分析
• 6.2.2 STL文件读入算法及实现
• 6.3 基于拾取点三维图形的预配准
• 6.3.1 空间点的拾取
• 6.3.2 基于拾取点的预配准
• 6.4 基于改进的ICP算法三维图形的完整配准
• 6.4.1 ICP算法概述
• 6.4.2 ICP算法的改进及实现
• 6.5 误差值的求取与显示
• 6.5.1 误差值的求取
• 6.5.2 误差值的颜色显示
• 6.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢