带工程约束的点匹配算法

在基于三维测量点的刚体姿态计算中,刚体的最佳姿态往往需要让刚体的某些关键点满足约束要求。以往的点匹配算法从不考虑原始测点带有工程约束的问题,获得的姿态参数不能满足工程实际的需要。介绍一种带工程约束的点匹配算法,该算法利用多目标优化模型,把两点对称、多点在同一平面上、多点在同一直线上等工程约束引入到点匹配的优化目标函数中,利用牛顿非线性最优化方法求解6个姿态参数。利用权值矢量实现对多个约束进行同时控制的误差分配求解,为带工程约束的刚体最佳姿态计算提供一套有效的解决方案。

基于几何特征的点云配准算法

为了有效地解决不存在明确对应关系的点云配准问题,提出了一种基于点云几何特征的配准算法。首先以点云的曲率为联系特征,搜索配准点云的匹配对集合;然后利用邻域特征对各匹配对进行相似性度量,提取有效配准对,并引入刚体变换中向量几何性质剔除其错配对,生成点云初变换;最后采用ICP算法对点云初配结果进行优化,实现点云精确配准。仿真实验结果表明:该算法具有较高的配准精度,且配准时间较短,是一种可行的点云配准算法。

基于刚体运动学的坐标系配准理论及算法

为避免公共点的误差及不一致性对坐标系转换精度的影响,研究了一种基于刚体运动理论的坐标系配准方法。将公共点组合成刚体,根据刚体上的点相互之间位置关系在两个坐标系下不变的特征,采用最小二乘法求解出最优变换矩阵。指出公共点空间布局方法对转换精度的影响,研究并实现了剔除超差公共点的算法。实验结果证明了该方法的正确性,为高精度测量的坐标系转换提供了理论依据。

医学图像配准技术

目的:在医学影像领域,不同成像设备获取的信息不同,但互为补充,将这些信息融合在一起,为医生做出正确的诊断提供更多的依据,有助于提高医疗诊断和治疗水平。本文主要介绍医学图像配准技术的基本原理、方法、发展和临床应用。方法:大量参阅了该领域的有关文献,重点介绍了配准过程中的几何空间变换技术,分别综述了刚体变换和非刚体变换的主要方法,分析各种方法的优缺点,应用的适应范围,并对该领域的研究进行了展望。结果:在临床应用中刚体或近似刚体的配准只占很小的一部分,大多数情况下需要用非刚体变换来描述。目前,非刚体变换方法还不够成熟,各类方法都存在一定的局限性,在临床实际应用中,根据研究对象的差别建立合理的配准形变模型,选择合适的配准方法,优化计算方法,提高计算速度,进一步提高图像配准的准确性。结论:论文认为医学图像配准技术是医学图像处理研究领域中的热点方向之一,具有重要的临床应用价值。论文提出图像配准的精度直接影响后续的图像处理工作,如何提高配准精度仍是今后医学图像配准技术的研究方向。

一种基于Keren亚像素配准方法的改进算法

详细介绍了Keren亚像素空域配准算法及其不足,提出了对Keren及其迭代算法的改进算法,并给出详细的算法步骤。该算法基于简化的四参数仿射变换模型而不是刚体变换模型,成功地避免了Keren算法因为角度的泰勒级数展开所带来的误差,大大提高了配准精度。实验仿真结果表明该算法在强烈的噪声条件下,旋转角度的绝对误差与Keren迭代算法相比有非常显著的降低;平移参数在15°的大角度旋转情况下获得了0.1个像素以下的绝对误差精度,在小角度的情况下获得了0.01个像素以下的绝对误差精度。

点云的刚体运动参数估计方法的比较

点云配准是使不同视角下的点云数据实现正确拼接,解算三维空间刚体平移和旋转参数是点云配准中的核心问题。文中针对刚体运动参数求解问题,分析现有的奇异值分解法(SVD)、正交分解法(OD)、单位四元数法(UQD)、对偶四元数法(DQD)4种不同的估计方法,通过模拟实验及实例展开分析,探讨各自的优缺点及适用性,结合实例结果表明,对偶四元数求解刚体运动参数的总体性能最优,在实际应用中可以优先使用对偶四元数进行刚体变换参数求解。

基于SPM的脑功能磁共振图像头动校正算法研究

功能磁共振成像技术由于有时间分辨率高和非侵入性等优势,在健康个体、病人及动物的大脑功能的研究中得到了广泛的应用。本文针对功能磁共振的数据的预处理中的头动校正算法进行研究。在SPM处理脑功能图像流程的基础上,对头动校正过程进行改进,采用B样条插值方法,提高了配准的鲁棒性和准确度,并有助于后续假设检验中激活区的显示。

铸造机匣管接头、凸台特征铣削加工余量优化方法

近年来,随着航空领域技术的发展,航空发动机的性能及设计结构在不断地改进和提高,同时也大大增加了航空发动机关键零部件的制造难度,其中较为典型的有铸造机匣。机匣铸造过程中的热变形等原因,导致机匣表面的管接头和凸台等特征的几何误差较大,从而进一步导致后续铣削加工过程中出现余量分配不均匀等问题。针对铸造机匣铣削加工过程中出现的这类问题,提出了一种基于特征位置匹配的余量优化方法,以在机测量结果作为数据输入,根据测量结果计算待加工特征的最佳拟合位置,并将计算得到的位置经刚体变换作用到加工坐标系上,以实现零件加工余量的均匀化。经加工试验验证表明,加工过程中未出现过欠切,降低了刀具磨损,零件经检测质量合格。

基于三维激光点云的隧道掌子面挤出位移场高精度监测方法

为实现快速、自动化、高精度的隧道掌子面整体监测,基于三维激光点云提出了一种掌子面挤出位移场监测方法,其中包括简单易行、精度高的刚体参照引入方法和隧道非刚体掌子面变形路径追踪技术。首先基于平面应变假设提出了一种基于初期支护纵向方向的稳定刚体参照;然后基于局部小变形刚体假设和二维连续小波表达初期支护的波动特征,并使用多级迭代配准算法修正初期支护的位置,实现刚体参照的配准;最后使用点云法向量聚类算法分割隧道掌子面,并基于局部小变形刚体假设和路径追踪算法获取每期掌子面的位移路径,得到掌子面挤出位移场。对所提方法的有效性在高速公路隧道进行了试验验证,并将估算的掌子面挤出位移结果分别与传统刚体参照下有变形路径追踪和无变形路径追踪的挤出位移进行了定性对比分析,同时又与全站仪监测的挤出结果进行了定量对比分析。结果表明:所提方法能够高精度地监测隧道掌子面的挤出位移场,监测结果与全站仪监测结果对比的中误差为0.83 mm。所提方法可用于掌子面稳定性的监测分析和地质灾害有效预警,从而提高隧道开挖过程的安全性。

基于多约束条件的车载序列图像拼接方法

提出了一种适用于环境测量的车载序列图像拼接方法:首先,对消除畸变后的序列图像相邻帧提取特征点,并采用一种基于多约束条件的匹配算法得到3个正确匹配点对;然后,运用最小二乘法求解图像刚体变换模型参数;最后,通过一种全局配准策略实现序列图像的拼接。试验结果表明:基于多约束条件的配准算法与基于随机抽样一致性(RANdom SAmple Consensus,RANSAC)的配准算法相比,计算效率明显提高,且所得序列图像拼接图具有较高的环境测量精度。