多期掃描點(diǎn)云中的變化檢測

2.49萬字 49頁 原創(chuàng)作品，已通過查重系統(tǒng)


摘要
近幾年來，隨著三維地理信息系統(tǒng)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用深入，傳統(tǒng)的測量方法由于其在工作效率和數(shù)據(jù)精度等方面存在的不足已不能完全適應(yīng)行業(yè)的需求。激光三維掃描技術(shù)的出現(xiàn)彌補(bǔ)了傳統(tǒng)測量的不足，它提供的高分辨率點(diǎn)云數(shù)據(jù)能夠詳細(xì)記錄復(fù)雜物體的各個(gè)細(xì)節(jié)。三維激光掃描技術(shù)能夠以最直接的方式采集并輸出測量對象表面的精確三維幾何形態(tài)。隨著硬件集成技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，三維激光掃描成本會不斷降低，應(yīng)用也會越來越廣泛。本世紀(jì)初，三維激光掃描裝置作為一種環(huán)境感知裝置就曾被裝備到登陸車、衛(wèi)星、工業(yè)機(jī)器人和無人駕駛車輛上。目前，在民用交通工具上也能看到小型化、低功耗的三維激光掃描裝置。
點(diǎn)云是三維激光掃描技術(shù)的直接輸出產(chǎn)品，作為一種空間數(shù)據(jù)采集裝置，點(diǎn)云能夠直接表達(dá)三維場景的幾何信息。通過多期點(diǎn)云對比能夠發(fā)現(xiàn)場景中的對象移動和變化，但是對于大場景中的小目標(biāo)，或者大場景中目標(biāo)的小位移，如何從繁雜、無序的掃描點(diǎn)云中這些幾何變化是一個(gè)極具挑戰(zhàn)性的問題。
本課題擬設(shè)計(jì)一種從多期三維點(diǎn)云中識別目標(biāo)剛性位移的方法，該方法能夠根據(jù)三維點(diǎn)云中蘊(yùn)含的目標(biāo)表面幾何特征配準(zhǔn)帶有變化目標(biāo)的多期點(diǎn)云，并在此基礎(chǔ)上發(fā)現(xiàn)變化目標(biāo)，識別該目標(biāo)的變化形式，最終生成三維環(huán)境下的目標(biāo)變化表達(dá)。
主要研究內(nèi)容為：三維激光掃描儀掃描出來的文件是非公開格式，無法直接讀取操作，只能通過配套軟件導(dǎo)出ASC格式。為了讀取和進(jìn)行操作利用C++和OpenGL編程實(shí)現(xiàn)該功能。結(jié)合美國天寶公司生產(chǎn)的Trimble GX200采集的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析本算法探測點(diǎn)云邊界的效果，算法的優(yōu)點(diǎn)以及局限性。通過實(shí)例分析驗(yàn)證ICP算法的科學(xué)性和實(shí)用性，并對算法優(yōu)點(diǎn)以及局限性進(jìn)行總結(jié)。ASC 文件由掃描點(diǎn)的三維坐標(biāo)、反射強(qiáng)度和顏色信息構(gòu)成，點(diǎn)的表現(xiàn)形式為( X，Y，Z，I，R，G，B) 。
本文主要成果為：設(shè)計(jì)一種從多期三維點(diǎn)云中識別目標(biāo)剛性位移的方法，該方法能夠根據(jù)三維點(diǎn)云中蘊(yùn)含的目標(biāo)表面幾何特征配準(zhǔn)帶有變化目標(biāo)的多期點(diǎn)云，并在此基礎(chǔ)上發(fā)現(xiàn)變化目標(biāo)，識別該目標(biāo)的變化形式，最終生成三維環(huán)境下的目標(biāo)變化表達(dá)。



關(guān)鍵詞：三維激光掃描儀，激光掃描點(diǎn)云ICP配準(zhǔn)，變化檢測，Visual C++