基于迭代最近点算法的点云数据配准
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
２．３总 结 ＯｐｅｎＣＶ是 由 Ｉｎｔｅｌ创 建，如今 由 Ｗｉｌｌｏｗ Ｇａｒａｇｅ提供支 持的 一 个跨平 台开源机器视觉库 。Ａｎｄｒｏｉｄ是一种基于 Ｌｉｎｕｘ的 自由
参考文献 ：
［１］矣昕宝，全海燕，许伶俐．一种基 于 ＯｐｅｎＣＶ的 多扇 区圆检测 方法［Ｊ］． 科学技 术与工程 ．２０１１（１６） ［２］杨治 明，周齐 国．基 于霍夫变换理 论的 图形识别 ［Ｊ］．重庆工业 高等 专科 学校 学报．２００２（０４） ［３］何鹏，王连 鹏，楚艳红．基 于 ＯｐｅｎＣＶ的机 器视 觉在智 能手机 中的应
用［１］．计算机工程与设计．２０１１（０８） ［４］陈雪娇 ．基 于 ＯｐｅｎＣＶ的计算机 视 觉技术研 究 ［Ｊ］．电脑 知识 与技
术 ．２０１５（３０１ ［５］雷建锋，汪伟．基 于 ＯｐｅｎＣＶ 的图像 阈值分割研 究与实现［Ｊ］．现代 电 子 技 术 ．２０１３（２４）
及开放 源代码 的操作系 统 ，主要使 用于移 动设备 ，如 智能手机 和平板 电脑 ，由 Ｇｏｏｇｌｅ公 司和 开放手机联 盟领导 及开发 ，是 目
四 、结 论 及 展 望
参 考 文献 ： ［１］Ｂｅｄ，Ｐ．Ｊ ａｎｄ Ｎ．Ｄ．ＭｃＫａｙ，Ａ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｒｅ＃ｓ￣ａｄｏｎ ｏｆ ３－Ｄ ｓｈａｐｅｓ．
Ｐａ￣ｅｒｎ Ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ Ｍ ａｃｈｉｎｅ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅ，ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｄｏｎｓ ｏｎ，１９９２：Ｐ． ５８６－６０６
作者简介 ：
周倩（１９８２年 ），女 ，（民族 汉），山 东省 济南市人 ，职称 ：工程 师，硕
前应用最广泛 的移动设备操作系统之一 。随着 智能手机 的广泛 士研 究生学历 ，主要研 究方 向为智能机器人 、数字 图像处理。
（上接第 １０９页）
第 二组仿真 实验的数据 为斯坦 福大学 的兔 子三维 点云数 据 ｂｕｎｎｙｔ３３，如 图 ２（ａ）为 需 要 配 准 的 两 个 错 位 的 ｂｕｎｎｙ模 型 。在 该组 仿真 中需要将 蓝色 实 点的数据模 型配准 到黄色 圆圈 的参 考模型 ，其配准结构如图 ２（ｂ）所示。在 该组仿 真实验 中总共 进行 了 １４次迭代，如 图 ３所示 。
ＯｐｅｎＣＶ支持大量 的轮廓 、边缘 、边 界 的相 关函数 ，相 应的 函 数 有 ｍｏｍｅｎｔｓ、ＨｕＭｏｍｅｎｔｓ、ｆ ｉｎｄＣｏｎｔｏｕｒｓ、ｄｒａｗＣｏｎｔｏｕｒｓ、ａｐ—
本文 的局 限在于识别 的图形 为简 单的圆形和多边形 ，不能 进 行 复 杂 图 形 的 识 别 。 在 今 后 的 实 验 中 ，将 尝 试 其 他 ＯｐｅｎＣＶ 算法 ，扩 大图形识别 的范 围。
本 中主要对典 型的点云 配准算 法迭代 最近 点 ＩＣＰ算法进 行 了研 究，通过两组仿真实验 ，一组为波浪 曲面数据 ，另一组 为 三维兔子模 型数据 。在实验 中对 有一定错位 的两数据 进行 匹 配 ，得 到 了较 好配 准 效 果 。最 终 可 得 到 如 下 结 果 ：
１、该算法可 以较快速度地完成对点云的配准运算 。 ２、算法通过迭 代完成 ，每 次迭 代包含 ２个过程 ：最 近 点集
ｐｒｏｘＰｏｌｙＤＰ、ａｒｃＬｅｎｇｔｈ、ｂｏｕｎｄｉｎｇＲｅｃｔ、ｃｏｎｔｏｕｒＡｒｅａ ｃｏｎｖｅｘＨｕｌｌ、
ｆ ｉｔＥｌｌｉｐｓｅ、ｆ ｉｔＬｉｎｅ、ｉｓＣｏｎｔｏｕｒＣｏｎｖｅｘ ｍｉｎＡｒｅａＲｅｃｔ、ｍ ｉｎＥｎｃｌｏｓｉｎｇ—
Ｃｉｒｃｌｅ、ｍａｔｈｃＳｈａｐｅｓ、ｐｏｉｎｔＰｏｌｙｇｏｎＴｅｓｔ等 。 对 上 面 的 轮Baidu Nhomakorabea廓 ，我 们 采 用 ａｐｐｒｏｘＰｏｌｙＤＰ轮 廓 逼 近 方 法 ，用
［２］Ｙａｎｇ ｃｈｅｎ，Ｇ．Ｍ ．，Ｏｂｊｅｃｔ Ｍｏｄｅｈｎｇ ｂｙ Ｒｅｇｉｓ吐撕０ ｏｆ Ｍｕｌｔ ｉｐｌｅ Ｐ，．ａｎｇｅ
Ｉｍ ａｇ￣，ｉｎ Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇ ｏｆｔｈｅ １９９１ Ｉｎｔｅｍ ａｄｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ ｒｏｂｏｔ ｉｃｓ ａｎｄ
Ａｕｔｏｍ ａｔｉｏｎ１９９１．
［３］Ｓｔａｎｆｏｒｄ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ．
和 最小 距离 运 算 。 ３、在算 法的前面迭代 部分对配准起到决定性 的作用 ，同时
收敛 速 度 也 比较 快 。 ＩＣＰ算法是点云数据配准 的最典型算法之 一，虽然 学者们
对此进行 了深入的研究 ，但仍然有 比较 多的问题有 待解决 ，接
下来将继续 对该 算法进行研究 。
从 上述 的仿真结果可 以看到 ，使用 ＩＣＰ算 法较好地完 成 了 对 ｂｕｎｎｙ模型的配准，从 图 ２ｆｂ）可 以看 出两模 型重合 的比较好 ， 其误差 也是在 １０ｅ－４级别 。同时，可 以从 图 ３可 以可 以发现 ，使 用 ＩＣＰ进行 点云数据 配准 ，不仅最近 点集 的误差 是单调 减少 的，而 且在前 面迭代 的过程 中减少 的幅度 比较 大 ，收敛速 度 比 较 快，同时前面几个步骤也决定配准能否成功 。
线段 去拟合 。线段的长度根据 实际情况进行大 小调整 。线段长 度不 同，拟合 出来轮廓所 需要的线段数量也不 同。对前面 的轮 廓采用 长度 为 １２．０的线段去逼近 ，用来逼近三角形 、矩形 、圆形 的线段 数量分别为 ：３条 、４条和 ８条 。逼近 的线段数量 区间界 限分明，较好的实现了圆形和简 单多边形的识别。
…
…
…
…
一
熹丽 嚣
普及 ，在 Ａｎｄｒｏｉｄ平 台上进行图像处理软件开发成本更加低廉 、
。
Ｊ
●
、 ．
，‘。 ● ｉ－
．
应用 日益广泛 。基于 Ａｎｄｒｏｉｄ平 台的图像处理需求 日益剧增。本 文基 于 Ａｎｄｒｏｉｄ平 台利用 ＯｐｅｎＣＶ，在包含多种颜色多种图形的 图像 中，将指定颜色 的图形识别 出来 并计 算个数。采用 的算法 方便简洁 ，图形识别精度高 。
参考文献 ：
［１］矣昕宝，全海燕，许伶俐．一种基 于 ＯｐｅｎＣＶ的 多扇 区圆检测 方法［Ｊ］． 科学技 术与工程 ．２０１１（１６） ［２］杨治 明，周齐 国．基 于霍夫变换理 论的 图形识别 ［Ｊ］．重庆工业 高等 专科 学校 学报．２００２（０４） ［３］何鹏，王连 鹏，楚艳红．基 于 ＯｐｅｎＣＶ的机 器视 觉在智 能手机 中的应
用［１］．计算机工程与设计．２０１１（０８） ［４］陈雪娇 ．基 于 ＯｐｅｎＣＶ的计算机 视 觉技术研 究 ［Ｊ］．电脑 知识 与技
术 ．２０１５（３０１ ［５］雷建锋，汪伟．基 于 ＯｐｅｎＣＶ 的图像 阈值分割研 究与实现［Ｊ］．现代 电 子 技 术 ．２０１３（２４）
及开放 源代码 的操作系 统 ，主要使 用于移 动设备 ，如 智能手机 和平板 电脑 ，由 Ｇｏｏｇｌｅ公 司和 开放手机联 盟领导 及开发 ，是 目
四 、结 论 及 展 望
参 考 文献 ： ［１］Ｂｅｄ，Ｐ．Ｊ ａｎｄ Ｎ．Ｄ．ＭｃＫａｙ，Ａ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｒｅ＃ｓ￣ａｄｏｎ ｏｆ ３－Ｄ ｓｈａｐｅｓ．
Ｐａ￣ｅｒｎ Ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ Ｍ ａｃｈｉｎｅ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅ，ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｄｏｎｓ ｏｎ，１９９２：Ｐ． ５８６－６０６
作者简介 ：
周倩（１９８２年 ），女 ，（民族 汉），山 东省 济南市人 ，职称 ：工程 师，硕
前应用最广泛 的移动设备操作系统之一 。随着 智能手机 的广泛 士研 究生学历 ，主要研 究方 向为智能机器人 、数字 图像处理。
（上接第 １０９页）
第 二组仿真 实验的数据 为斯坦 福大学 的兔 子三维 点云数 据 ｂｕｎｎｙｔ３３，如 图 ２（ａ）为 需 要 配 准 的 两 个 错 位 的 ｂｕｎｎｙ模 型 。在 该组 仿真 中需要将 蓝色 实 点的数据模 型配准 到黄色 圆圈 的参 考模型 ，其配准结构如图 ２（ｂ）所示。在 该组仿 真实验 中总共 进行 了 １４次迭代，如 图 ３所示 。
ＯｐｅｎＣＶ支持大量 的轮廓 、边缘 、边 界 的相 关函数 ，相 应的 函 数 有 ｍｏｍｅｎｔｓ、ＨｕＭｏｍｅｎｔｓ、ｆ ｉｎｄＣｏｎｔｏｕｒｓ、ｄｒａｗＣｏｎｔｏｕｒｓ、ａｐ—
本文 的局 限在于识别 的图形 为简 单的圆形和多边形 ，不能 进 行 复 杂 图 形 的 识 别 。 在 今 后 的 实 验 中 ，将 尝 试 其 他 ＯｐｅｎＣＶ 算法 ，扩 大图形识别 的范 围。
本 中主要对典 型的点云 配准算 法迭代 最近 点 ＩＣＰ算法进 行 了研 究，通过两组仿真实验 ，一组为波浪 曲面数据 ，另一组 为 三维兔子模 型数据 。在实验 中对 有一定错位 的两数据 进行 匹 配 ，得 到 了较 好配 准 效 果 。最 终 可 得 到 如 下 结 果 ：
１、该算法可 以较快速度地完成对点云的配准运算 。 ２、算法通过迭 代完成 ，每 次迭 代包含 ２个过程 ：最 近 点集
ｐｒｏｘＰｏｌｙＤＰ、ａｒｃＬｅｎｇｔｈ、ｂｏｕｎｄｉｎｇＲｅｃｔ、ｃｏｎｔｏｕｒＡｒｅａ ｃｏｎｖｅｘＨｕｌｌ、
ｆ ｉｔＥｌｌｉｐｓｅ、ｆ ｉｔＬｉｎｅ、ｉｓＣｏｎｔｏｕｒＣｏｎｖｅｘ ｍｉｎＡｒｅａＲｅｃｔ、ｍ ｉｎＥｎｃｌｏｓｉｎｇ—
Ｃｉｒｃｌｅ、ｍａｔｈｃＳｈａｐｅｓ、ｐｏｉｎｔＰｏｌｙｇｏｎＴｅｓｔ等 。 对 上 面 的 轮Baidu Nhomakorabea廓 ，我 们 采 用 ａｐｐｒｏｘＰｏｌｙＤＰ轮 廓 逼 近 方 法 ，用
［２］Ｙａｎｇ ｃｈｅｎ，Ｇ．Ｍ ．，Ｏｂｊｅｃｔ Ｍｏｄｅｈｎｇ ｂｙ Ｒｅｇｉｓ吐撕０ ｏｆ Ｍｕｌｔ ｉｐｌｅ Ｐ，．ａｎｇｅ
Ｉｍ ａｇ￣，ｉｎ Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇ ｏｆｔｈｅ １９９１ Ｉｎｔｅｍ ａｄｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ ｒｏｂｏｔ ｉｃｓ ａｎｄ
Ａｕｔｏｍ ａｔｉｏｎ１９９１．
［３］Ｓｔａｎｆｏｒｄ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ．
和 最小 距离 运 算 。 ３、在算 法的前面迭代 部分对配准起到决定性 的作用 ，同时
收敛 速 度 也 比较 快 。 ＩＣＰ算法是点云数据配准 的最典型算法之 一，虽然 学者们
对此进行 了深入的研究 ，但仍然有 比较 多的问题有 待解决 ，接
下来将继续 对该 算法进行研究 。
从 上述 的仿真结果可 以看到 ，使用 ＩＣＰ算 法较好地完 成 了 对 ｂｕｎｎｙ模型的配准，从 图 ２ｆｂ）可 以看 出两模 型重合 的比较好 ， 其误差 也是在 １０ｅ－４级别 。同时，可 以从 图 ３可 以可 以发现 ，使 用 ＩＣＰ进行 点云数据 配准 ，不仅最近 点集 的误差 是单调 减少 的，而 且在前 面迭代 的过程 中减少 的幅度 比较 大 ，收敛速 度 比 较 快，同时前面几个步骤也决定配准能否成功 。
线段 去拟合 。线段的长度根据 实际情况进行大 小调整 。线段长 度不 同，拟合 出来轮廓所 需要的线段数量也不 同。对前面 的轮 廓采用 长度 为 １２．０的线段去逼近 ，用来逼近三角形 、矩形 、圆形 的线段 数量分别为 ：３条 、４条和 ８条 。逼近 的线段数量 区间界 限分明，较好的实现了圆形和简 单多边形的识别。
…
…
…
…
一
熹丽 嚣
普及 ，在 Ａｎｄｒｏｉｄ平 台上进行图像处理软件开发成本更加低廉 、
。
Ｊ
●
、 ．
，‘。 ● ｉ－
．
应用 日益广泛 。基于 Ａｎｄｒｏｉｄ平 台的图像处理需求 日益剧增。本 文基 于 Ａｎｄｒｏｉｄ平 台利用 ＯｐｅｎＣＶ，在包含多种颜色多种图形的 图像 中，将指定颜色 的图形识别 出来 并计 算个数。采用 的算法 方便简洁 ，图形识别精度高 。