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结合无人机载LiDAR点云法向量的K-means++聚类精简 被引量:5
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作者 李沛婷 赵庆展 +1 位作者 田文忠 马永建 《国土资源遥感》 CSCD 北大核心 2020年第2期103-110,共8页
点云精简可有效降低无人机载LiDAR数据量,对后期点云存储和快速处理具有重要意义。采用K-means++方法对点云法向量进行聚类,以实现点云精简。首先,利用回波次数去除多次回波点云,在使用零-均值标准化方法对点云属性归一化后,利用KD树(K-... 点云精简可有效降低无人机载LiDAR数据量,对后期点云存储和快速处理具有重要意义。采用K-means++方法对点云法向量进行聚类,以实现点云精简。首先,利用回波次数去除多次回波点云,在使用零-均值标准化方法对点云属性归一化后,利用KD树(K-dimension tree)建立点云索引构建点云K邻域;然后,采用主成分分析法估算点云法向量,借助肘方法确定最佳聚类数目;最终,通过K-means++聚类方法实现点云精简。将精简结果生成Delaunay三角网并转换为栅格数据,通过相关系数验证方法的有效性。结果表明:针对研究区69544个点云数据,该方法可去除多次回波点云7722个;对点云法向量进行聚类数目为8的K-means++聚类,对应的精简率为分别为81.389%,81.833%和85.369%时效果较优;精简后生成Delaunay三角网的时间远低于精简前,且当按81.833%进行精简处理时,相关系数最高,为0.890。该方法可为点云精简提供参考。 展开更多
关键词 云K邻域 点云法向量 K-means++聚类 DELAUNAY三角网
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基于多尺度点云的自适应邻域尺寸法向量估计方法
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作者 姚良志 孙晓 +2 位作者 王子傲 于柳 文比强 《机电产品开发与创新》 2025年第2期150-154,共5页
为了减少三维点云中邻域尺寸对基于主成分分析(PCA)的点云法向量估计精度的影响,自适应地处理不同尺度点云,提出了基于多尺度点云的自适应邻域尺寸法向量估计方法,通过分析三维点云局部邻域协方差矩阵,构建特征熵函数,根据熵函数最小准... 为了减少三维点云中邻域尺寸对基于主成分分析(PCA)的点云法向量估计精度的影响,自适应地处理不同尺度点云,提出了基于多尺度点云的自适应邻域尺寸法向量估计方法,通过分析三维点云局部邻域协方差矩阵,构建特征熵函数,根据熵函数最小准则并且引入邻域点云共线性判断实现点云最优邻域尺寸估计。分别对模拟点云与实测点云进行实验,结果表明,该方法能克服PCA方法邻域尺寸选择不合理的情况,有效提高不同尺度点云法向量估计精度。 展开更多
关键词 激光 PCA法向量估计 点云法向量 云共线性
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基于点云法向量的行道树主干分割方法 被引量:3
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作者 曹一 王健 +1 位作者 常清法 王效盖 《应用激光》 CSCD 北大核心 2023年第1期76-83,共8页
针对现有树干分割受到枝叶遮挡以及噪声影响导致精度不高的问题,提出了一种根据点云法向量的分层树干分割方法。首先对树干进行嵌套处理,在保留完整树干的同时去除下垂枝叶;其次对树干进行分层处理,并对每一层点云进行统计滤波;最后计... 针对现有树干分割受到枝叶遮挡以及噪声影响导致精度不高的问题,提出了一种根据点云法向量的分层树干分割方法。首先对树干进行嵌套处理,在保留完整树干的同时去除下垂枝叶;其次对树干进行分层处理,并对每一层点云进行统计滤波;最后计算每层点云的法向量,根据其统计特征计算正确的分割高度。以银杏、水杉和柳树三种树木为研究对象进行实验,结果得到决定系数分别为0.974、0.934、0.922,均方根误差分别为0.070 m、0.075 m、0.132 m,说明所提方法具有较高的分割精度,能够为树木结构参数的准确提取提供技术支撑。 展开更多
关键词 树干分割 树干嵌套 分层滤波 点云法向量
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基于点云和力控的乳腺超声机器人路径规划
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作者 李保坤 张俊超 《兰州工业学院学报》 2024年第6期61-69,共9页
针对B超检查过程中存在的操作规范和疲劳问题,将机器人运动规划及控制技术应用于乳腺超声检查中,减轻操作医师劳动强度、提高检查准确率和筛查效率。针对因自然光不一致导致的成像和重建精度问题,使用红外双目相机平台结合立体匹配算法... 针对B超检查过程中存在的操作规范和疲劳问题,将机器人运动规划及控制技术应用于乳腺超声检查中,减轻操作医师劳动强度、提高检查准确率和筛查效率。针对因自然光不一致导致的成像和重建精度问题,使用红外双目相机平台结合立体匹配算法对女性乳腺模型进行三维重建,提高了乳腺模型点云数据重建精度。依照女性乳腺B超检查规程,提取模型中层点云,针对中层点云乱序问题,通过优化点云后处理过程,对点云法向量方向进行了校正。并将点云按环形排序以生成初步扫描路径;再对路径进行非均匀有理B样条插值处理,使路径光顺化。根据机器人单一视觉控制存在精度和安全性问题,提出通过在执行器末端引入六维力传感器,建立导纳控制模型,实现力反馈柔顺控制,解决了系统精度和安全性问题。通过仿真验证及实验模拟表明,该系统在扫描过程中提高了人身安全性。研究模拟人工手眼协调进行乳腺超声安全检查,可对实施基于机器人技术的乳腺癌大规模筛查提供必要技术支撑。 展开更多
关键词 三维重建 点云法向量 云后处理 路径规划 力反馈控制
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基于局部点云拓展的法向量估计算法
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作者 舒琪 赵锐 +4 位作者 万旺根 胡文博 王旭智 张振 孙学涛 《工业控制计算机》 2023年第4期90-92,共3页
为了提高基于深度学习的点云法向量估计算法鲁棒性和准确性,提出了一种基于局部点云拓展的法向量估计算法。首先对输入每个顶点的局部点云块进行特征提取,接着利用注意力机制来选取局部点云块中辨识度更好的特征,然后使用最大池化操作... 为了提高基于深度学习的点云法向量估计算法鲁棒性和准确性,提出了一种基于局部点云拓展的法向量估计算法。首先对输入每个顶点的局部点云块进行特征提取,接着利用注意力机制来选取局部点云块中辨识度更好的特征,然后使用最大池化操作对特征进行融合生成该局部点云块的全局特征,最后整合所有特征信息,得到准确性较高的表面法线向量。使用公开数据集对提出的算法进行验证,实验结果证明,相比目前先进方法 PCPNet,该方法能够从稠密点云输入中恢复出更高质量的三维网格模型。 展开更多
关键词 表面重建 点云法向量估计 深度学习
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基于改进法向量估计的多视角点云配准算法
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作者 万舒彪 张旻 +1 位作者 洪海波 沈义平 《自动化应用》 2023年第22期159-162,共4页
针对多视角三维测量中多片点云重叠区域提取及高精度配准的问题,本文提出一种多视角异源低重叠率点云配准方法。首先基于点云之间的初始位置,互相计算源点云和目标点云彼此的最近点集,自动提取两片点云重叠部分;然后使用迭代最近点算法... 针对多视角三维测量中多片点云重叠区域提取及高精度配准的问题,本文提出一种多视角异源低重叠率点云配准方法。首先基于点云之间的初始位置,互相计算源点云和目标点云彼此的最近点集,自动提取两片点云重叠部分;然后使用迭代最近点算法精配准重叠点云。通过法向量特征进一步提高点云配准精度,并提出改进点云法向量估计算法用以剔除错误匹配点对,显著减小了复杂结构点云配准的距离均方根误差。结果表明,使用经典点云数据仿真实验验证了该算法的性能,并通过多视角条纹投影三维测量系统采集点云数据验证了算法的有效性。 展开更多
关键词 迭代最近算法 多传感器数据融合 云配准 点云法向量 条纹投影三维测量
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基于三维激光点云比对的煤矿巷道表面位移监测研究 被引量:1
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作者 李俊林 陈建华 马宝 《煤矿安全》 CAS 北大核心 2024年第7期219-225,共7页
煤矿巷道表面位移监测对于确保矿山安全和稳定运营至关重要。采用基于点云法向量的下采样算法与多尺度模型到模型的点云比对算法(Multiscale Model-to-Model Cloud Comparison,M3C2)相融合的方式,实现了对巷道表面的特征提取与整体性监... 煤矿巷道表面位移监测对于确保矿山安全和稳定运营至关重要。采用基于点云法向量的下采样算法与多尺度模型到模型的点云比对算法(Multiscale Model-to-Model Cloud Comparison,M3C2)相融合的方式,实现了对巷道表面的特征提取与整体性监测;通过三维激光扫描仪获取的三维激光点云对巷道表面进行重构,获取三维点云模型,利用点云对比算法对不同时期的2期点云数据进行处理,并以色值表征煤矿巷道位移区域变化,运用于实际巷道表面位移监测。结果表明:应用基于点云法向量的下采样算法与M3C2算法相融合的方式成功提取特征区域并实现巷道表面位移的整体性监测,此方法能直观反映巷道表面的变形区域,相比在巷道直接应用M3C2算法性能更优。 展开更多
关键词 煤矿巷道测量 表面位移监测 三维激光 M3C2算法 点云法向量
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基于全向声呐的引水隧洞点云模型去噪方法研究 被引量:1
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作者 宋轲 张学武 +2 位作者 张卓 徐晓龙 王吉松 《计算机测量与控制》 2023年第1期140-146,共7页
三维重建技术逐渐成为引水隧洞运营期安全检测的关键手段;而受隧洞特殊水文环境噪声、数据采集设备噪声以及载体运动噪声等影响,采集的点云数据不可避免的会遭受到噪声干扰,导致有用信息缺乏,不利于三维重建的进行;因此,文章提出了基于... 三维重建技术逐渐成为引水隧洞运营期安全检测的关键手段;而受隧洞特殊水文环境噪声、数据采集设备噪声以及载体运动噪声等影响,采集的点云数据不可避免的会遭受到噪声干扰,导致有用信息缺乏,不利于三维重建的进行;因此,文章提出了基于声呐数据特征点的点云去噪算法,实现隧洞点云数据的去噪;首先,该文依据引水隧洞声呐点云数据的特点,定义视觉距离和视角向量特征参数;其次,通过耦合视角向量与点云法向量估计点云漂移向量,并使用核函数方法估计视角距离参数的概率密度分布从而计算漂移距离;最后,采用漂移算法在保持点云模型特征的同时实现噪声的滤波;实验结果表明,文章提出的算法在去除隧洞点云模型数据噪声的同时能很好的保持引水隧洞模型的细节特征,为后续隧洞病害的检测提供高精度点云数据模型。 展开更多
关键词 声呐 云去噪 点云法向量 视角距离 漂移算法
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基于PCA法向量估计与RANSAC算法的隧道中轴线提取 被引量:1
9
作者 陈昌文 潘国兵 +4 位作者 张帅 敖其勇 袁小彬 熊延 龚洲 《中国煤炭地质》 2023年第2期61-66,共6页
为了减少隧道点云噪声对隧道中轴线提取精度的影响,提出主成分分析(PCA,Principal Components Analysis)算法点云法向量估计与随机抽样一致性(RANSAC,Random Sample Consensus)算法相结合的隧道中轴线提取方法。首先对隧道点云数据进行R... 为了减少隧道点云噪声对隧道中轴线提取精度的影响,提出主成分分析(PCA,Principal Components Analysis)算法点云法向量估计与随机抽样一致性(RANSAC,Random Sample Consensus)算法相结合的隧道中轴线提取方法。首先对隧道点云数据进行ROI(Region of Interest)区域提取及统计滤波预处理,其次通过PCA算法估计隧道点云法向量并进行点云法向量方向一致化处理,通过设定阈值分别提取满足要求的隧道拱顶及拱腰处法向量,最后用RANSAC算法代替最小二乘算法对筛选出来的法向量提取出精度较高的隧道中轴线。实验结果表明,本文方法所提取出来的隧道中轴线受噪声影响较小,斜率最大偏差0.007 1,最小偏差0.000 3,算法稳定性好,结果精度较高。 展开更多
关键词 主要成分分析算法 点云法向量 随机抽样一致性算法 隧道中轴线提取
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基于改进RANSAC算法的车载LiDAR地面点云提取 被引量:5
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作者 李佳佳 李永强 杨亚伦 《河南工程学院学报(自然科学版)》 2022年第1期49-54,共6页
针对传统RANSAC算法提取车载LiDAR地面点云精度低、结果不稳定等问题,提出了一种改进的RANSAC算法。使用KD-Tree构建点云拓扑关系并将点云空间划分成不同区域,设置邻域半径得到每个点的邻近索引并计算点云法向量,根据法向量对地面点云... 针对传统RANSAC算法提取车载LiDAR地面点云精度低、结果不稳定等问题,提出了一种改进的RANSAC算法。使用KD-Tree构建点云拓扑关系并将点云空间划分成不同区域,设置邻域半径得到每个点的邻近索引并计算点云法向量,根据法向量对地面点云进行粗提取。遍历粗提取的地面点云求平均高程,将其作为阈值滤除较高的地物点得到地面点集。从地面点集中随机选取一个点作为种子点,利用FPS算法选取剩余两个种子点并拟合平面模型,将点集数据代入平面模型,判断每个点云数据到平面模型的距离是否满足预设的阈值并统计地面点数量,重复该步骤直至拟合出一个最优平面模型,最后利用最优平面模型精确提取地面点。实验结果表明,改进后算法提取地面点的一类误差、二类误差、总误差分别为2.16%、4.79%、2.99%,均比原算法低,同时改进后的算法稳定性更强。 展开更多
关键词 RANSAC算法 KD-TREE 点云法向量 平均高程 FPS算法
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半自动点云模型线性骨架提取技术
11
作者 段红娟 《现代信息科技》 2019年第8期89-90,93,共3页
本文基于ROSA(Rotational Symmetry Axis)和中轴的骨架提取算法,搭建一个半自动的点云模型线性骨架提取实验平台,系统地分析了基于勾画的交互方式进行点云模型骨架提取的实验平台的结构与特点,并阐述了骨架结点位置提取、骨架连接关系... 本文基于ROSA(Rotational Symmetry Axis)和中轴的骨架提取算法,搭建一个半自动的点云模型线性骨架提取实验平台,系统地分析了基于勾画的交互方式进行点云模型骨架提取的实验平台的结构与特点,并阐述了骨架结点位置提取、骨架连接关系提取、骨架编辑等各个功能模块在实验平台中的具体实现和功能,最后对实验平台的开发工作进行了总结。 展开更多
关键词 点云法向量 ROSA 线性骨架提取
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一种基于法向量的点云自动配准方法 被引量:56
12
作者 陶海跻 达飞鹏 《中国激光》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第8期179-184,共6页
针对无任何预知信息下的散乱点云数据配准问题,提出了一种基于点云法向量信息的自动配准算法。根据点云局部法向量的变化提取特征点,通过比较特征点的直方图特征向量获得初始匹配点对;使用随机抽样一致性(RANSAC)算法,根据刚性距离约束... 针对无任何预知信息下的散乱点云数据配准问题,提出了一种基于点云法向量信息的自动配准算法。根据点云局部法向量的变化提取特征点,通过比较特征点的直方图特征向量获得初始匹配点对;使用随机抽样一致性(RANSAC)算法,根据刚性距离约束条件得到精确匹配点对;利用四元素法计算得到初始配准参数,采用改进的最近点迭代(ICP)算法对点云精确配准。实验结果表明了此方法的有效可行性。 展开更多
关键词 激光光学 三维 云配准 点云法向量 最近迭代
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Road Surface Modeling and Representation from Point Cloud Based on Fuzzy Clustering 被引量:5
13
作者 ZHANG Yi YAN Li 《Geo-Spatial Information Science》 2007年第4期276-281,共6页
A scheme for an automatic road surface modeling from a noisy point cloud is presented. The normal vectors of the point cloud are estimated by distance-weighted fitting of local plane. Then, an automatic recognition of... A scheme for an automatic road surface modeling from a noisy point cloud is presented. The normal vectors of the point cloud are estimated by distance-weighted fitting of local plane. Then, an automatic recognition of the road surface from noise is performed based on the fuzzy clustering of normal vectors, with which the mean value is calculated and the projecting plane of point cloud is created to obtain the geometric model accordingly. Based on fuzzy clustering of the intensity attributed to each point, different objects on the road surface are assigned different colors for representing abundant appearances. This unsupervised method is demonstrated in the experiment and shows great effectiveness in reconstructing and rendering better road surface. 展开更多
关键词 surface modeling point cloud distance-weighted fitting fuzzy clustering normal vectors INTENSITY
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基于体素增长的机载LiDAR点云建筑物屋顶面分割
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作者 王竞雪 蒋莹 王丽芹 《地球信息科学学报》 EI CSCD 北大核心 2023年第12期2468-2486,共19页
建筑物屋顶面的准确分割对建筑物模型重建具有重要意义。但是由于建筑物屋顶面的种类繁多、大小差异大、形状复杂等特点,以及机载LiDAR点云数据的密度不均、数据量大等特性,传统分割方法存在欠分割、过分割以及小平面难以准确分割等问... 建筑物屋顶面的准确分割对建筑物模型重建具有重要意义。但是由于建筑物屋顶面的种类繁多、大小差异大、形状复杂等特点,以及机载LiDAR点云数据的密度不均、数据量大等特性,传统分割方法存在欠分割、过分割以及小平面难以准确分割等问题。针对上述问题,本文提出一种基于体素区域增长的机载LiDAR点云建筑物屋顶面分割方法,有效提升了复杂结构建筑物屋顶面的分割精度。首先,对点云数据进行体素化,根据PCA方法估计每个体素的法向量、曲率值。然后实现基于体素区域增长的初始屋顶面分割。该过程选取当前体素空间曲率最小值体素作为初始种子体素,以26邻域为增长方向,根据种子体素与待增长体素间的法向量夹角约束增长。迭代增长过程中根据当前种子体素与增长体素的曲率差绝对值确定待增长种子体素,直到未有新的种子体素出现停止增长。再次选择新的初始种子体素重复该过程,直到完成所有体素的分割。最后通过对初始分割结果中过分割屋顶面进行合并、屋顶面结构完整性修复、复杂建筑物的小平面提取等优化处理得到最终的屋顶面。本文选取ISPRS官网提供的Vaihingen和Toronto 2个地区的机载LiDAR点云数据,分别对其中代表性的单栋建筑物和区域建筑物进行屋顶面分割实验。结果表明,复杂建筑物屋顶面点云分割的完整率、正确率和分割质量结果分别为95.36%~99.58%、94.83%~100%和90.65%~98.28%。本文方法在解决欠分割和过分割问题的基础上,有效地提高了建筑物点云的屋顶面分割的精度。 展开更多
关键词 机载LIDAR 体素 体素化 区域增长 26邻域 屋顶面分割 主成分分析 点云法向量
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