大規(guī)模三維點云的線結構描述.pdf

1、隨著車載移動激光掃描技術的飛速發(fā)展，獲取大場景、高密度、高精度的點云數(shù)據(jù)變得越來越便利。相比于由傳統(tǒng)的光學傳感器獲取的二維圖像數(shù)據(jù)，由激光雷達掃描儀獲取的三維點云數(shù)據(jù)包含了調查場景內目標表面的豐富三維信息。激光掃描儀屬于主動式傳感器，使得點云數(shù)據(jù)的采集過程不易受光照、天氣等環(huán)境因素的影響，實用性強。大規(guī)模的點云數(shù)據(jù)可以更詳細地描述復雜現(xiàn)實場景的結構和形狀，但同時因為點云數(shù)據(jù)量大，密度不均勻，結構不規(guī)則，在實際應用中往往需要耗費大量的計算

2、資源，也給現(xiàn)今的計算機技術和相關運算設備帶來了巨大的挑戰(zhàn)。如何高效地處理這些大規(guī)模的點云數(shù)據(jù)，是目前加速推廣移動激光掃描技術應用需要迫切解決的關鍵技術問題。
　　本論文依托國家自然科學基金的資助項目，開展了大規(guī)模點云數(shù)據(jù)處理關鍵技術的理論與實驗研究，論文完成的主要工作和創(chuàng)新點如下:
　　本文圍繞點云的線結構展開研究。作為人造場景中最普遍的結構之一，直線可以提供重要的幾何信息和拓撲結構;同時，直線的存儲結構相當簡單，每條直線只

3、需要存儲兩個端點的坐標信息。因此，采用線結構來描述大規(guī)模點云，可以在不損失點云主要表征信息的同時有效地降低數(shù)據(jù)規(guī)模。
　　首先，針對現(xiàn)有的大規(guī)模點云線結構提取算法的不足，本文提出了兩種新穎的線結構提取算法:基于多視角的和基于超體素的線結構提取算法。這兩個算法都可以快速有效地從大規(guī)模點云數(shù)據(jù)中提取出可靠線結構。
　　其次，為了進一步驗證線結構的描述能力，本文提出了一種基于線結構描述的點云配準框架。由于配準算法完全在線結構描述上

4、進行，因而大幅度提高了配準效率。同時，線結構提供了點云的邊界信息，這也使得本文的配準算法比傳統(tǒng)的點云配準算法更加精確。另外，實驗結果還進一步證明了本文線結構描述的準確性和完整性。
　　最后，在線結構描述的基礎上，本文提出了一種二維圖像到三維點云的跨維度匹配框架。已有的二維到三維的匹配工作往往需要已知一些前提條件，或者將三維模型投影成二維圖像，將跨維度匹配問題簡化為二維圖像間的匹配問題。然而，這一方法需要枚舉視角點并在預處理過程中保

5、存大量的投影圖像，從而耗費大量的計算機資源。而本文的工作則從線結構出發(fā)，通過提取二維圖像和三維點云中的基元結構實現(xiàn)跨維度的直接映射，顯著地減少了跨維度匹配工作所需要的數(shù)據(jù)存儲量和運行時間，為大規(guī)模點云在增強現(xiàn)實中的應用打下了基礎。
　　綜上所述，在線結構提取方面，本文提出了一種基于多視角的提取算法和一種基于超體素的提取算法;在線結構應用方面，提出了基于線結構的三維點云的配準框架和一種二維圖像到三維點云的跨維度匹配框架。本博士課題的