基于遗传算法的三维空间柱面拟合

从二维平面曲线的定义出发,进而扩展至三维空间柱面的定义.提出采用遗传算法拟合得出空间柱面的参数,将空间柱面唯一确定.以空间圆柱面为例,说明采用遗传算法进行空间柱面拟合的原理以及方法.以空间曲面的表达参数作为需辨识的参数值,并且对相关的参数值加以约束,基于最小二乘原理建立优化目标函数,采用遗传算法进行进化寻优.实例研究表明本文方法的有效性与拟合精度优势.

圆柱面拟合方法研究

在工业测量中,为了对建筑物的圆柱面进行检测和修复,需要精确拟合圆柱面并对拟合结果进行分析和表达。文中选择几何模型、坐标变换、遗传算法3种圆柱面拟合方法进行实验,选取初值依赖程度、拟合的残差、圆度3个参数进行比较分析,通过实测数据的实验表明,3种算法的复杂度虽然不同,但经过合理的预处理都可以得到满足工程需求的结果。

一种圆柱面拟合方法

针对建(构)筑物点云建模过程中可能碰到的圆柱面拟合问题,本文探讨了一种基于几何特性的圆柱面拟合方法。该方法利用主成分分析法和线性最小二乘法确定拟合初值,再利用非线性最小二乘法循环迭代求解圆柱模型参数,实现圆柱面拟合。它的特点在于误差方程式的建立,本文算法在传统算法的基础上对误差方程稍作改进。实验结果表明,相对于传统方法,采用本文算法计算所得结果的残差与标准差有所降低,精度提高。

GA柱面拟合法在隧道断面收敛监测中的应用

提出用遗传算法拟合得出空间柱面参数,将空间柱面唯一确定。以空间圆柱面为例,说明采用遗传算法进行空间柱面拟合的原理及方法;讨论采用柱面拟合形式进行隧道断面收敛监测的必要性,并给出数据采集方法。用工程实例证明了该方法用于隧道断面检测的可行性和实用性。

一种空间圆柱面拟合计算方法

针对工业测量和检测中常常遇到的小角度圆柱面局部范围点云数据的拟合问题,提出一种通过三点共线确定圆柱轴线方向的圆柱初值查找算法,可实现初值的自动查找。通过将初值查找算法得出的初值赋予拟合算法,可以得到包括圆柱面局部点云数据情形在内的多种情形下的圆柱面拟合结果。实验结果验证了该算法的可行性和正确性。

基于Bennett机构的柱面拟合可展机构设计及分析

可展机构既可展开至指定构型用于工作,也可收拢以便于运输,在航天和建筑等领域具有广阔的应用前景。本文提出并设计了一种以Bennett过约束机构为基本组成单元的可展机构,该机构的工作形面可拟合柱面,且具有全部杆件可紧凑折叠成一束的收拢构型。对Bennett机构进行了几何描述,并分析其运动学特性;利用剪式机构实现了单元机构的组合连接,保证了设计关键点准确位于目标参数曲面上,计算了所设计的可展机构的展收比;对机构的运动学及动力学性能进行了仿真分析,验证了所提出的设计,为后续的样机研制提供了理论依据。验证结果表明:本文提出的Bennett过约束机构单元组合简单、形面拟合精度高、刚度大,能够很好地应用于该圆柱面天线的设计。该研究对航天可展机构的设计分析具有参考价值。

基于稳健加权总体最小二乘的点云数据圆柱面拟合

在测量中,为了对建(构)筑物的圆柱面点云数据进行建模或检测,需要精确拟合圆柱面并对拟合结果进行分析、表达。针对传统圆柱面点云数据拟合方法未考虑粗差存在和系数矩阵含有误差,导致圆柱面拟合结果不够精确的问题,提出了可自适应调整权阵的稳健加权总体最小二乘算法计算拟合参数。该算法在考虑全部观测值误差的基础上,通过激光点到圆柱面的距离确定各点的权重,以3倍标准差剔除粗差,经迭代计算最终得到稳健的拟合结果。经工程实例计算,证明该算法能有效克服粗差的影响,得到准确可靠的拟合参数估值,拟合效果优于传统拟合算法。

空间任意方向圆柱面拟合方法

提出了一种新的简便可行的圆柱面拟合算法,利用两台无棱镜全站仪架设在圆柱面的不同方向,分别获取圆柱面上均匀分布的若干坐标点,再利用三维坐标转换原理将这些坐标点转换到统一坐标系统内。根据圆柱面的几何原理,通过对圆柱面的位置和方向等几何参数赋予任意值,利用最小二乘原理求出参数值来确定圆柱面,并评定圆柱面的圆度值。同时,将本方法的计算结果与其他方法进行对比分析,发现计算结果差异不大,精度大致相同,这也就验证了本方法的可行性和正确性。

双测站拟合圆柱面方法的研究

全站仪双测站免棱镜模式测量圆柱面上分布均匀的点,利用公共点通过三维坐标转换,将两测站的坐标进行统一;再根据圆柱面的几何性质建立误差方程,在最小二乘约束下进行圆柱拟合,解算圆柱面方程的几何参数。文中详细阐述了该方法的原理与计算过程,并通过算例验证了该圆柱体拟合方法的正确性与质量的可行性。

基于豪斯霍尔德变换的三维空间柱面拟合

针对点云三维建模中一般空间任意姿态的柱面拟合问题,提出通过豪斯霍尔德变换直接求得测量坐标系和柱面坐标系的旋转矩阵。详细介绍了先由点云法向量计算得到轴向向量,通过豪斯霍尔德变换再进行投影,达到降维处理,再拟合平面多项式曲线,最后扩展到三维空间以达到拟合一般曲面的目的。通过实例计算与分析论证该方法拟合的曲面精度可靠且有效可行。

反正切函数拟合下的地震数据体断裂刻画方法

利用界面的形状或者其不连续性是基于叠后地震数据刻画断裂的两种主要方法,根据实际地震资料的特点,两种方法各有其优劣性.对于同界面形状相关的断裂刻画方法,较常用的为地震曲率属性.受实际断裂模型的制约,在曲率属性的基础上,曲率变化率表现出对断裂更强的相关性及敏感性.本文发展了以反正切函数为准线的柱面拟合法来刻画断裂,主要包括两个步骤,分别为:一、柱面直母线的拟合;二、柱面准线拟合及曲率变化率的求取.实际地震资料计算结果表明,该方法对断裂刻画的精度高于传统方法,能够揭示更多的断裂细节,特别是对于地震剖面上不易识别的小断距断裂,亦能够清晰的刻画,同时具有较高的信噪比.

一种稳健的激光点云拟合空间圆柱面方法

针对激光点云三维建模应用中完整圆柱面及局部圆柱面拟合结果稳健性问题,提出一种稳健的空间圆柱面拟合方法。首先采用RANSAC(random sample consensus)算法拟合直线和圆,确定圆柱模型参数的初值,然后将RANSAC算法结合最小二乘法(least square,LS)实现空间圆柱面拟合。利用仿真实验测试了圆柱面完整度在100%、50%及25%3种情况下且包含各种水平噪声的圆柱面点云,拟合的圆柱半径最大误差仅为0.2 mm。结果表明,与传统RANSAC算法和LS法相比,所提方法不仅具有非常高的拟合精度,而且对数据完整性、噪声等具有较高的稳健性。

一种地下电缆点云自动提取分割算法

为了解决目前地下电缆隧道点云中电缆支架与电缆分离困难、电缆点需要人工提取的问题,提出一种基于区域圆柱面拟合与抗差自适应Kalman滤波的地下电缆点云自动提取分割算法。首先基于电缆局部呈圆柱的形状特征,将区域点云进行圆柱面拟合以确定电缆初始区域的中心轴线与半径;再将初始区域电缆的轴线作为区域电缆走向,结合抗差自适应Kalman滤波算法对电缆中轴线进行延长估计,得到单条完整电缆中心轴线,最终实现电缆点云单条分割。结果表明,电缆初始区域单位权中误差在0.015 m以内,能够有效区分电缆点与其它类别点;电缆中轴线延长在地下电缆点云存在缺点、噪点情况仍保持稳健估计,具有较好的鲁棒性。该方法有效提升了地下电缆提取的准确性和可靠性。

超声流量计几何参数测算方法及其不确定度分析

超声流量计基于时间和长度两个基本量来测量平均流速和流量,几何参数的测算准确度对流量计而言十分重要。可采用三坐标机或全站仪测量管壁点及探头点的三维坐标,并由三维坐标推算流量计几何参数及其不确定度。柱面拟合是流量计几何参数推算的难点与关键,利用Lukacs算法实现了流量计管段的柱面拟合过程,并利用Monte-Carlo模拟方法估算了坐标测量引入的不确定度。最后利用仿真实例说明了柱面拟合算法及其不确定度评估的合理性和有效性。

基于随机采样一致性的规则棒料位姿识别

获得规则堆放棒料的位姿信息是引导机械手抓取的关键,对获取的规则堆放棒料的三维点云进行滤波处理得到顶层的棒料点云,采用随机采样一致性算法(RANSAC)对滤波后的顶层棒料进行分割,最终得到每根棒料的半径、位置和姿态等信息。仿真实验表明:本方法识别结果的正确性;通过对直径为35. 00 mm,长度为80. 00 mm的规则堆放棒料进行扫描,在选择不同的参数的情况下,对同一根棒料点云进行多次分割,实验结果表明:当迭代次数k=20,距离阈值t=0. 7时,分割结果稳定,耗时160 ms左右;棒料半径的最大误差为0. 47 mm,本方法具有一定的鲁棒性和可行性。该方法能准确识别规则堆放棒料的位置和姿态,能广泛应用于棒类零件的位姿识别与机械手引导抓取。

飞机舱门手柄的视觉定位方法

介绍了在V-REP仿真平台下使用Kinect视觉传感器获取飞机舱门手柄位姿的方法。该方法根据Kinect传感器的RGB彩色相机获取舱门手柄上的两个环形彩带图像并进行Blob Detection处理,得到彩环在Kinect图像平面中的矩形框中心位置,然后根据Depth深度相机检测出彩环的深度信息,由位置和深度信息即可确定矩形框中心点在世界坐标系中的三维坐标。通过圆柱面拟合方法得到圆柱面参数,结合两矩形框中心点进而求出圆柱手柄的重心及姿态信息,实现了舱门机构耐久性试验中,工业机器人对舱门手柄的视觉定位。