复杂曲面三光学测量中海量点云采样技术研究.doc

硕士学位论文 复杂曲面三维光学测量中海量点云采样技术研究 Research on the Simplification of Mass Point Cloud in 3D Optical Measuring System 学科专业：机械电子工程 2011年05月 论文题目：复杂曲面三维光学测量中海量点云采样技术研究 学科专业：机械电子工程 摘 要 三维光学扫描设备的快速发展使得它广泛地应用于生产线上，以获取工件表面尺寸信息。然而，光学设备扫描的原始数据量很大，严重影响后续曲面重建效率，也不能满足在线检测实时性要求。为此，在满足精度前提下需要对海量点云进行快速有效采样。 采用理论研究、试验分析和工程应用相结合的方法，对点云采样技术进行深入、系统的研究。主要内容和所获成果如下： 设计海量点云采样方案。研究了点云处理的基本流程和点云采样在流程中的地位，详述了点云采样原则和目标，建立了相应的点云采样方案。 实现层次聚类点云采样算法。对点云进行自上而下的划分，形成一系列子类，各个类用均值点取代，得到简化点云。实例表明该算法能较好保留特征，但不能实现任意比率采样。 针对移动最小二乘点云采样算法存在效率较低、计算过程复杂的不足，对算法进行了改进。添加了k邻域计算，计算移动最小二乘面时初始值选取近似法矢进行优化。改进后的算法效率和准确性得到了提高，能较好地保留点云特征有利于曲面重建。 提出了均值漂移点云采样算法。对点云进行栅格划分，每个栅格中保留一个点作为类中心；将其他点归入欧氏距离最近的类中心进行聚类，再迭代细分各个类；对每个类进行均值漂移处理。该算法具有较好的采样效果，能保留点云细节特征，协调算法的效率和精度之间的关系。 对上述算法的效率和精度等进行了试验分析。工程实践验证了不同点云采样算法在逆向工程和在线检测中的应用效果。 关 键 词：逆向工程；点云采样；层次聚类法；最小二乘；均值漂移 论文类型：应用研究 Title: Research on the simplification of mass point cloud in 3D optical measuring system Speciality: Mechanical Electronic Engineering Applicant: Xiaoqiang Zhang Supervisor: Prof. Jin Liang ABSTRACT Due to the rapid development, 3D optical scanning device is widely used in production line to obtain the surface geometry information of the workpiece. However, the amount of the raw data provided by optical scanning equipment is so large that the efficiency of subsequent surface reconstruction is affect seriously and the real-time requirement of online detection can not be meet. So it is essential to carry out the efficient and fast simplification of point cloud under the .premise of high accuracy. Using the method of theory research, experimental analysis and engineering application, the paper has a deep research on the simplification of point cloud. The main contents and results are as follows: The scheme of point cloud simplification is designed. The workflow of the point cloud processing is introduced to understand the importance of point cloud simplification. The principles and objectives of point cloud simplification are .illustrated in detail. According to this