基于高维点云分布的最优传输问题的研究

最优传输问题是寻求相对于给定的代价函数,把一种分布转化为另一种分布的最有效的方式,其具有较为深远的价值,其中基于点云的最优传输问题更是得到广泛的关注。针对高维的点云分布的最优传输问题,利用了分片最优传输的理论及其对应的优化模型,提出一个改进梯度迭代的算法,以二维、三维点云分布为例进行数值实验,并将其与经典的方法进行比较,验证模型与算法的有效性。实验结果表明,本文模型及其算法在标准差、峰值信噪比、平均梯度等指标均有更高的性能。

密度聚类算法在连续分布点云去噪中的应用

在原始测量获取的点云数据中,除了目标数据外,还有大量的噪声数据。噪声往往无规律地分布在目标物体周围,难以用统一数学模型区分。基于密度的聚类算法将簇定义为密度相连的点的最大集合,能发现任意形状、大小的类簇,将该算法应用在点云去噪中,能将密度分布连续点进行聚类,从中提取出目标点云。

基于随机分布估计的点云密度提取

针对目前密度提取方法提取的密度信息不能表现点云局部分布信息和分布随机性的缺陷,提出结合随机分布估计的密度提取方法。该方法采用分块计数法得到每个小分块的密度,结合点云总体的密集度得到一个能够反映点云局部积聚特征的参数,为判别点云分布的随机性、均匀性等提供较好的特征依据。

基于三维不规则点云的地面分割算法

为解决智能车辆环境感知模块在地面分割过程中存在的分割不足和过度分割问题,提出了一种基于三维不规则点云的地面分割算法。首先,采用多标签的马尔科夫随机场理论构建极坐标系网格地图,根据网格单元的不同点云分布类型建立多种测量代价函数模型;然后,整合局部平滑性和斜坡假设,建立平滑性代价函数模型,保证网格间地面高度的不连续性;最后,利用环状置信传播算法进行多次消息传递,迭代估计每个网格单元内最大信任的地面高度值,实现地面点与非地面点的分割。通过对简单粗糙路面场景和复杂斜坡场景中采集的不规则点云数据集进行实验分析,验证了本文算法在不同环境下分割地面点与非地面点的准确性和鲁棒性。

基于天牛须改进粒子群算法的点云配准方法

为了提高激光点云配准精度与配准速度,采用了基于天牛须算法改进的粒子群算法,以点云分布熵为寻优目标,寻找最优空间变换矩阵的点云粗配准,为点云精配准提供良好的初始条件。结果表明,点云分布熵较传统的均值平方差评价方式有更快的计算速度,基于天牛须算法改进的粒子群算法具有全局搜索能力强、计算速度快等特点,与传统点云粗配准方法相比,该方法配准速度提升了近25%;在点云数据量大的条件下,表现出较快的配准速度。这一方法对如何提高激光点云配准速度具有参考意义。

MSPoint:基于多尺度分布分数的点云去噪网络

激光扫描仪等设备直接收集到的原始点云通常会受到噪声的影响,这会影响后续的处理,如三维重建、语义分割等,因此点云去噪算法尤为重要。现有的点云去噪网络大多以噪声点与干净点的距离作为目标函数进行迭代训练,这可能导致点云聚集与异常值。针对以上问题,提出一种基于多尺度点云分布分数(即点云对数概率函数的梯度)的新型去噪网络multiscale score point(MSPoint)。MSPoint网络主要由两部分组成:特征提取模块和位移预测模块。在特征提取模块中输入点云的邻域,通过对数据添加多尺度噪声扰动加强MSPoint的抗噪性能,使提取到的特征具有更强的表达能力。位移预测模块根据分数估计单元预测的分数迭代学习噪声点的位移。在公开数据集上的实验结果表明,相比现有的方法,MSPoint有着更好的去噪效果以及更强的鲁棒性。

三维设计软件在机械设计中的应用

为了通过三维软件提高机械结构设计效果,采用三维点云匹配算法对机械结构设计与装配进行优化。设计了算法的实现步骤,推导了算法的计算过程,给出了基于本算法的点云匹配规则。仿真实验针对机械结构局部与整体进行了三维点位分布模拟。结果显示,局部点云匹配效果较好,整体点云匹配略低于局部,但是整体三维位置符合设计要求。验证了本算法对提高机械机构设计与装配的优越性。

基于摆动单线激光雷达的大场景稠密点云地图创建系统

在创建大场景稠密点云地图时,由于当前的各类环境3维测量系统难以兼顾大范围和高密度的点云测量要求,为此设计了一种基于摆动单线激光雷达的大场景稠密点云地图创建系统.首先,实现了大型激光雷达稳定精确的全向摆动.然后,给出了单点采集点云的拼接方法和多点采集点云的配准方法.最后,提出了一种3维点云投影密度的分析方法,并对仿真测量结果进行了对比与评价.实验结果表明,本系统的有效测量距离超过75m、测量范围覆盖俯仰±45°、点云间距小于20cm、点云分布均匀,装置的视野范围和点云分布可进行调节,并能通过多点配准对更大场景进行建图.

高光谱激光雷达提取植被生化组分垂直分布

对地高光谱激光雷达可以获得观测对象含有高光谱属性的全波形激光雷达回波,为探测植被生化特征的立体分布提供了新的遥感探测手段。基于此仪器开展室内试验,提出了植被生化组分垂直分布提取方法。首先,针对仪器的特点,提出了高光谱激光雷达全波形数据处理的方法;其次,以火炬花为例开展了室内扫描,并对获取的高光谱激光雷达数据进行了处理,获得带有高光谱属性的激光雷达点云数据;最后,根据植被指数与生化组分的关系,提取了叶绿素和胡萝卜素的生化组分垂直分布结果。研究结果表明,在植被顶部生化组分含量较低,叶绿素a普遍低于0.5 mg/g,胡萝卜素低于0.2 mg/g,而在中部叶片处,生化组分含量明显较高,与红色(顶部)和绿色叶片(中部)在植被垂直方向的分布一致,这表明基于仪器开展植被生理生化参数垂直分布遥感反演具有极大的应用潜力。