点云加权迭代线拟合室内平面图自动生成方法

提出了一种基于三维激光点云加权迭代线拟合的室内平面图自动生成方法,根据线特征对三维点云沿高程方向的投影点云进行分割,采用加权迭代直线拟合方法进行分段直线拟合,并进一步对拟合直线进行融合和轮廓补全,实现室内平面图的自动生成。基于手持SLAM系统获取的典型室内场景激光点云自动生成室内平面图,结果表明,该方法能有效抑制室内点云噪声,结构提取完整性可达94.4%,制图精度优于3 cm,可快速生成室内平面结构图。

基于激光点云的中厚板表面平整度测量

在冶金行业中,中厚板是主要产品之一,其平整度是评估钢板质量的重要指标。压力矫平现场还依赖于人工测量,无法准确地表征板材平整度。为了提高检测的准确度及高效性,提出了一种基于机器视觉的平整度测量方法。基于高精度的三维视觉扫描技术,结合高斯拟合算法,利用高斯系数构建特征值,建立高斯特征值与实际板材弯曲高度的映射关系,构建基准平面,计算点云坐标值与基准平面的距离,结合RGB颜色模型绘制板形云图,在此基础上给出压力矫平添加垫板的位置。实验表明,所提出的方法计算误差不大于0.3 mm,可以实现对中心凸起或边缘翘曲钢板的测量,同时板形云图反映了板形分布状况及垫板位置。该度量方法可以准确测量中厚板的弯曲量,可以为压力矫平提供数据支持。

基于三维点云的曲轴同轴度误差测量方法研究

针对曲轴轴颈同轴度的快速检测的需求,文章提出了一种基于三维点云的同轴度误差视觉测量的方法。文章应用激光扫描仪获取待测件的三维点云模型,计算获取等间距的轴颈点云切片;然后,提出Pratt-RLTS法来得到各个点云切片的圆心,进而根据各切片圆心以最小二乘法获取公共基准轴线,最终实现同轴度误差的测量。实验结果表明:文章圆拟合方法对比最小二乘圆法、最小包容圆法、RANSAC等方法更准确稳定,与三坐标测量机结果相比最大绝对误差均值不过超过4.8μm,可以满足快速高效测量曲轴同轴度误差的实际需要。

基于大数据挖掘的激光点云边界法向矢量提取方法

激光点云边界法向矢量提取过程中点云边界数据难以精准配准,导致提取精度和效率较差。为了更加准确的对激光扫描信息实施分析,提出了基于大数据挖掘的激光点云边界法向矢量提取方法。该方法首先通过摄像机对激光点云实施标定,获取激光点云图像,通过主成分分析、曲面拟合以及滤波算法对获取图像实施去噪处理,最后对图像实施灰度化以及高斯滤波处理,同时结合大津阈值法提取图像中心点法线方向上的灰度中心,以此实现对激光点云边界法向矢量的提取。经试验验证,所提方法提取的法向矢量夹角特征与理想状态下的夹角特征基本一致,且提取效率高、迭代误差小。

基于三维激光扫描技术的风电塔筒倾斜检测新方法研究

风电塔筒的倾斜度检测对保障风机安全生产具有重要的意义。本文提出一种基于三维激光扫描技术的风电塔筒倾斜检测方法,该方法通过塔筒圆心拟合算法与轴线拟合算法,从整体与局部对塔筒进行倾斜检测,能够全面量化塔筒轴线在三维空间的变形情况。经实例验证,所提方法较传统倾斜检测等方法,能够提取更全面的信息,检测结果具有更高的可靠性,且精度能够满足工程要求。

基于轨道移动式激光扫描多期点云的隧道断面变形提取方法

针对轨道移动式激光扫描技术监测地铁隧道变形的点云数据特征和隧道断面变形信息提取与分析的问题,本文提出了一种基于轨道移动式激光扫描点云的隧道断面变形提取方法和处理流程.首先采用RANSAC圆柱检测法提取地铁结构特征部位点云,利用提取的隧道结构点云进行点云的粗配准.然后设计了一种基于权重的ICP算法的精配准方法,精配准后的隧道点云通过切片点云降维处理得到二维断面数据,利用断面的k近邻点拟合曲线提取隧道断面变形值,并采用弧线投影的方法对断面变形表达.实验验证表明,提出的基于曲线拟合隧道断面变形分析的方法和过程,能够准确高效地提取到0.7 mm以上的地铁隧道断面变形信息.

双面阵CCD实时测量激光发散角的系统

针对目前激光光束发散角测试速度慢,实时性差的问题,提出采用两个面阵CCD同时测量激光远场区域两个不同位置的光束宽度,用两点拟合的方法计算激光光束发散角的方法。该方法装置简单,可快速实时准确地测量激光光束发散角。测试结果表明,系统测量误差<0.1 mrad,重复测量误差均±1%之内。该测量方法研制的仪器成本低、测试效率高、便于携带,适合设备生产现场和空间有限的快速实时检测需求。

基于三维激光扫描点云整体分析的铁路隧道超欠挖检测方法

传统隧道施工难以避免超欠挖现象的发生,影响隧道的工程质量以及施工效率。三维激光扫描技术因其便捷、信息量大等特点,在隧道施工过程中提供快速有效的测量结果,但目前主要通过取断面形式进行超欠挖分析,亟需一种对点云整体分析的方法。为此,针对三维激光扫描的隧道超欠挖检测,提出一种基于点云拟合曲面并结合设计面法线的分析方法。结果表明:三次B样条曲线在曲线要素的表现和控制性能上较好,适用于隧道断面的重构;检测断面上建立法线,并在拟合面上找到其所唯一对应的实际检测点,通过两点的距离作为超欠挖的基准;编制的分析软件可对隧道数据进行批量处理,便于隧道工程超欠挖检测的实时分析评。因此,双三次B样条拟合法的超欠挖的扫描和计算,其精度、效率高,可满足实际工程中隧道超欠挖的检测。

基于立体视觉的IGBT针高检测

针对现有绝缘栅双极晶体管(IGBT)的pin针高度测量系统不能稳定、可靠地测量pin针高度的问题,设计了一套基于双线激光传感器的pin针高度测量系统。双线激光传感器采用上下错高的安装布局,分别采集IGBT针尖部分和底面部分的点云数据。同时,基于双线激光传感器采集的点云数据开发了一套测量pin针高度的测量程序。分别使用随机抽样一致性(RANSAC)算法处理基准面点集的离群点,使用多步去噪算法处理精确点集。实验结果表明,该系统的测量重复度小于0.04 mm,且极差分布在(0.021 mm,0.039 mm)的概率超过99.7%,有着良好的稳定性和可靠性。

基于激光雷达的隧道轮廓拟合方法研究

针对电气化铁路隧道轮廓顶部打孔和安装吊柱的作业需求,提出了一种基于激光雷达的铁路隧道轮廓拟合方法。采用激光雷达实时扫描隧道顶部轮廓,获得轮廓的点云数据,设计了以正交函数作基函数的最小二乘拟合算法与点云滤波算法,完成了隧道轮廓点云数据的拟合,得到了隧道轮廓的拟合曲线方程,对拟合误差进行了初步分析,并将拟合轮廓与真实轮廓进行对比。实验结果表明:该方法能较好地拟合出隧道轮廓,为电气化铁路隧道自动化施工作业提供一种新的方法。

三维激光扫描球形标靶拟合及中心定位

三维激光扫描技术的出现,突破了传统的测量方法和数据处理方式,拥有全新的研究方向和应用空间。本文对三维激光扫描技术的应用与特点进行论述,编写球面拟合的程序,处理实测数据,并进行正确性检验,结果表明,三维激光扫描技术在一定程度上提高了内业处理效率。

基于激光点云数据的森林单木位置提取研究

以河北塞罕坝林场落叶松林地为研究对象,通过选取样地布设水泥桩和反射片,针对森林单木提取精度不高等问题,开展基于激光点云数据的森林单木位置提取方法研究,为森林资源调查的单木定位和数量统计提供参考。通过将采集的森林地面点云数据,采用反射片模式与各个测站点云数据进行配准,提出一种改进的体素空间邻域和RANSAC圆柱拟合方法,分3种不同大小的样地进行单木位置提取实验,结果表明,该方法的单木位置提取效果较好,提取精度均在93%以上。

机器人抛光叶片装夹误差校准优化实验研究

机器人通过工装夹持叶片进行抛光加工,工装与叶片之间存在着装夹误差,使得叶片坐标系发生偏移,影响叶片后续的精密加工。文中引入激光位移传感器,实现对装夹误差的测定并对叶片坐标系进行补偿修正。考虑到对误差进行量化,首先在叶片上选取一些点位并利用激光位移传感器进行标定;引入贝塞尔曲面对选取的点位数据和实际标定的点位数据分别进行曲面拟合,提出一种基于曲面距离误差的叶片曲面匹配精度评价标准;基于测定的误差参数,利用点云匹配算法实现对叶片坐标系进行校准。实验表明,经过多次校准优化,装夹误差可以控制在0.1 mm之内,取得了良好的装夹误差校准效果。

基于TLS的异形曲面建筑立面图测绘应用研究

异形曲面建筑其外立面极不规则,常规的全站仪、经纬仪测量方法进行建筑立面测量,效率低且精度不高。三维激光扫描技术是近年发展起来的一项新兴的测绘技术,可以高精度、海量、快速地获取被测对象的三维坐标,基于点云拟合出被测对象精确三维模型,已广泛应用于工程测量各个领域。以某异形曲面雕塑为例,研究了基于三维激光扫描技术对该建筑物进行立面图测绘的方法,研究结果对相关工程实施具有较强参考价值。

基于多分段线性拟合的输电导线快速提取方法

为从输电线路的激光点云中快速确定导线位置,通过降采样、高程滤波处理和多分段线性拟合方法,确定了导线在CGCS2000坐标系平面内的分段线性方程。基于张家港市电网两条220 kV输电线路的激光点云数据,算法结果如下:综合考虑时间成本和采样效果,体素下采样更适合导线提取算法;多分段线性拟合效果较好,个别噪声点不影响拟合结果,平均每段线路可在10 s内完成拟合;对于非函数性质的线路分布,可转换x和y坐标,或分段拟合。输电导线提取算法适用于平原地区的输电线路,可快速确定冗杂激光点云(3亿多点)中的导线位置,有助于后续无人机自主巡线的航迹规划。

抗差估计在激光点云平面特征提取中的应用

针对真实数据场景中点云平面特征提取易受到感兴趣区域外其他地物点云影响,造成拟合平面与实际平面相差较大、地物特征分类精度较低、参考数据可靠性差以及平面形变监测失效等问题,提出一种基于抗差估计的点云平面高精度提取与拟合方法。该方法从随机模型的角度出发,使用权函数以平面拟合残差量重构权阵,新权阵中拟合残差小的点相应权值不变、残差大的点(高程异常点)相应权值变小,以降低甚至去除异常点对平面拟合的影响,从而获得最优的平面特征数据。基于多组数据和模型的实验结果表明:所提方法较好地排除了高程异常点的影响,各组实验拟合RMSE(均方根误差)均减小75%以上,平面提取结果稳定可靠,可为平面结构形变监测提供高精度的基础数据。

露天煤矿场景车载LiDAR点云台阶边缘线检测

露天煤矿开采过程中,矿山台阶边缘线的确定十分重要,传统矿山台阶边缘线量测方法工作量大,精度低、工作效率低下,降低了矿山地形建模效率和验收精度。因此,本文基于车载激光雷达生成露天煤矿密集点云数据,构建一种台阶边缘线提取方法,利用渐进形态学滤波对点云数据进行预处理,通过球半径滤波器、点云聚类、内在形状特征检测算法提取出点云数据中的台阶边缘线特征点,再通过样条拟合生成台阶边缘线。该方法可自动、高效地提取露天煤矿山台阶边缘线,可为矿山三维场景建模和开采监测提供技术支撑。

基于高斯拟合的激光光斑中心定位算法

激光光斑中心定位是光学测量中的关键技术之一。通过对常用定位算法的分析,给出利用光斑图像中的不饱和点对光斑进行高斯拟合,并以拟合函数的幅值点作为光斑中心的方法。利用人工光斑对该算法进行验证,结果表明该算法误差远小于0.1像素;利用一维高精度电动平移台、CCD相机、激光器等搭建测试系统,由计算机自动采集激光光斑图像并对其进行分析,实验结果表明该算法与理论分析结果的均方根误差仅为0.1像素。

基于三维激光扫描技术的路面断板深度检测

针对传统的路面检测方法无法直接获得路面的深度信息,设计了一种基于三维激光扫描技术的路面断板深度检测方法。该方法首先通过三维激光扫描仪得到路面点云数据,其次将路面断板数据沿水平方向分为若干切片,然后对每一断板切片上下平面分别进行拟合,最终根据上下平面之间的距离确定断板的深度。根据实际工程需要,提出了一种基于动态阈值的平面拟合迭代算法,不仅可以有效地识别并去除断板点云数据中的无效点,而且可以在点云数据三个方向都存在误差的情况下实现平面计算。实验结果表明,该方法不仅能得到整个路面断板的深度信息,还能反映出断板深度沿水平方向的变化趋势。

基于整体最小二乘的地面激光扫描标靶球定位方法

通过分析标靶球定位的最小二乘定位方法及其存在的问题,提出了一种地面激光扫描标靶球定位的整体最小二乘标靶球定位方法,并推导给出了两种整体最小二乘解算法,该方法可同时考虑系数矩阵误差的影响。利用真实数据进行验证的结果表明:整体最小二乘法比最小二乘法能够得到精度更高的解算结果,有利于提高标靶球体定位的准确度。