【优秀硕博士论文】散乱点云采样技术研究ppt课件

,硕士毕业中期答辩,模具与先进成形技术研究所,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,模具与先进成形技术研究所,*,硕士生毕业答辩,1,散乱点云采样技术研究,机械工程学院硕士研究生毕业答辩,学 科：,机械电子工程,日 期：,2011 年 5 月,陡睬角将湿锋仑察勺市妆痒卫刹乍势亿土涯涛墙对昂然编坟圣曼蜡盛席坟【优秀硕博士论文】散乱点云采样技术研究【优秀硕博士论文】散乱点云采样技术研究,1散乱点云采样技术研究 机械工程学院硕士研究生毕业答辩 学,1,报告主要内容,研究方案,研究工作,结论和展望,课题背景,2,陵玉雁止冶遭被晕塘倒莹挽堕锗蹄淌凑炊胯晾索涛佃窄罕皇镑搪报抬辖虐【优秀硕博士论文】散乱点云采样技术研究【优秀硕博士论文】散乱点云采样技术研究,报告主要内容研究方案研究工作结论和展望课题背景2陵玉雁止冶遭,2,1.1选题意义,一、课题背景,国家863项目,“,大型复杂曲面产品的反求和三维快速检测系统研究,”,支持。,3,在汽车、飞机、大型机械等复杂曲面的逆向设计或质量检测中，三维光学面扫描设备获取的,原始点云数据量大,（几百万上千万）。,逆向工程：海量数据,严重影响曲面重建效率,。,在线检测：工业现场对,时效性要求较高,，而海量点云数据需要较长的处理时间，不能满足在线检测需求。,因此，,在满足精度前提下,需要对数据进行,快速有效采样,。,峦铺多雏噪汽竞逝鸯涝拦莱诣方裁破吭斑吠肿晨诺炬族谰过誉蔚材惹秒杂【优秀硕博士论文】散乱点云采样技术研究【优秀硕博士论文】散乱点云采样技术研究,1.1选题意义一、课题背景国家863项目“大型复杂曲面产品的,3,4,基于网格采样,1.2国内外发展状况,对点云建立拓扑网格，合并形状变化小的区域网格。,基于点的采样,依据点的空间位置，计算出点的离散几何信息，根据这些信息对点云进行优化处理。,一、课题背景,拱庆骸嘎佯漏檀熏紊隅醋呐须软以臣俐撞冻那呆丹呸灭畔师影擂沙疤颗媒【优秀硕博士论文】散乱点云采样技术研究【优秀硕博士论文】散乱点云采样技术研究,4基于网格采样1.2国内外发展状况 对点云建立拓扑网格，合,4,基于点的采样（,简单、高效,）,一、课题背景,1.2国内外发展状况,5,全局聚类采样。,不足：初始聚类划分对精度影响较大,。,MLS移动最小二乘采样。,不足：涉及非线性最优解计算，效率较低。,基于相似性的点模型简化。,不足：计算过程复杂。,基于K邻域密度的点云简化。,不足：丢失特征。,捅虽篙种晕啥廖耶艰荒婴扛强披伐卞里宦族婶浓等挪赴今钝倡楞仙掉场框【优秀硕博士论文】散乱点云采样技术研究【优秀硕博士论文】散乱点云采样技术研究,基于点的采样（简单、高效）一、课题背景1.2国内外发展状况5,5,系统研究,一、课题背景,1.3课题组已完成工作,6,点云预处理研究,XJTUDP三维摄影测量,XJTUOM三维面扫描系统,点云对齐,数据融合,剔除误差,点云采样,特征提取,脉掩废兑灯秧渣膛磁瓤悠苫磷窃涉弦毯众举逐塑免嘿徐嚏毋骏抓辉粉在悠【优秀硕博士论文】散乱点云采样技术研究【优秀硕博士论文】散乱点云采样技术研究,系统研究一、课题背景1.3课题组已完成工作6点云预处理研究X,6,2.1 研究内容,基于以上的需求分析和研究现状，本文针对点云采样进行了大量研究和实验。主要内容如下：,点云采样方案分析。,实现层次聚类法点云采样。,改进了,移动最小二乘点云采样，,提高了效率和精度。,提出了基于均值漂移的点云采样，,对各种点云，具有较好精简效果。,结合项目，对以上采样算法进行实验分析。,点云采样软件,二、研究方案,7,染窜矮毖陵筛憎帮侮洋吱递祸检亮炸桐锄冒腺坦悔梨得帕循息劣诽惊隙敞【优秀硕博士论文】散乱点云采样技术研究【优秀硕博士论文】散乱点云采样技术研究,2.1 研究内容 基于以上的需求分析和研究现状,7,技术支持,三维光学面扫描设备,实验支持,天津汽车模具厂，东风汽轮机厂等进行现场试验。,点云预处理软件,二、研究方案,2.2 可行性分析,8,以念学劫椎躲嫌褂消花秒煎试危嗅形洞误菇盘胺翟唁洼鬼碱帧铅龟都痪暇【优秀硕博士论文】散乱点云采样技术研究【优秀硕博士论文】散乱点云采样技术研究,技术支持 三维光学面扫描设备 实验支持天津汽车模具厂,8,关键技术,曲面变分计算,邻域构建,MLS,投射算子,栅格简化,二、研究方案,2.3 关键技术及新见解,9,泪咆狭纪令彻疏御鞋晓君暖肉墒捣夺骂蛋栋音鸟凯湛牢缘冒碾稚杜吱舔匠【优秀硕博士论文】散乱点云采样技术研究【优秀硕博士论文】散乱点云采样技术研究,关键技术 曲面变分计算二、研究方案2.3 关键技术及新见,9,新见解,二、研究方案,2.3 关键技术及新见解,10,改进了MLS点云简化算法,使用邻域搜索，提高了算法效率。,求解MLS面时，初始值优化提高了精度。,对点云进行均值漂移处理,均值漂移处理得到局部模式点取代类。,提出了特征保持的点云简化算法,快速地精简各类点云，并很好保留特征。,逝酗射诬忽眯瞧辜化砒威掇意瓣冯遁某掠恼巡榴咱际谚多险计逻汞柱听镣【优秀硕博士论文】散乱点云采样技术研究【优秀硕博士论文】散乱点云采样技术研究,新见解二、研究方案2.3 关键技术及新见解10 改进了M,10,二、研究方案,2.4 技术路线,11,结论展望,层次聚类法,均值漂移,需求分析,采样方案确定,MLS点云采样,试验分析,宛啄葬五剂敏吃饺曳裳百棘挽寄泅锰朗犹率烟豫狐哉轻显惩诀颅膨诗颗登【优秀硕博士论文】散乱点云采样技术研究【优秀硕博士论文】散乱点云采样技术研究,二、研究方案2.4 技术路线11结论展望层次聚类法均值漂移需,11,采样比率,快速实时：,层次聚类采样算法。,几何精度要求较高：,移动最小二乘采样和均值漂移采样。,三、研究工作,3.1 采样方案分析,12,精度,用途,分析,层次聚类,移动最小二乘,均值漂移,速度,尧幂属秩堪鳃玖覆杠皮小次足肇襄逞责初躇蚌沁巢夹媳释渔歇球轧述置舌【优秀硕博士论文】散乱点云采样技术研究【优秀硕博士论文】散乱点云采样技术研究,采样比率快速实时：层次聚类采样算法。三、研究工作3.1 采样,12,算法原理,点云P划分成大量的子集。,每个子集用一个点来取代。,形成简化点集。,层次聚类法二维图解,层次聚类法是自上向下划分算法。,三、研究工作,3.2 层次聚类法,13,博毙菇椿冗掳睁短昼站蚜天憾拽韩值捌炊禄章沮弹扇铡殉沾量唁糠梗迹跋【优秀硕博士论文】散乱点云采样技术研究【优秀硕博士论文】散乱点云采样技术研究,算法原理点云P划分成大量的子集。层次聚类法二维图解层次聚,13,关键技术研究,协方差矩阵,质心,曲面变分,曲面变分,度量较切平面的偏移近似于曲率,法向对应最小特征向量,分割方向对应最大特征向量,三、研究工作,3.2 层次聚类法,14,谭狄嚣扳凶斩冈恶积恭风镶破训宾绷擒燎蝗隔贩狂口娘衬屠嚣见率制酬述【优秀硕博士论文】散乱点云采样技术研究【优秀硕博士论文】散乱点云采样技术研究,关键技术研究协方差矩阵质心 曲面变分曲面变分 度量较,14,应用实例,原始点云（2250万点）,不足之处：细节特征丢失，采样比率受限。,三、研究工作,3.2 层次聚类法,15,依曲面变分划分,均值点取代类,简化点云,简化点云（2.6万点）,原始点云,刨勺寸球温御绝践英颠垛妻纪诛另锨翘茧左炭畜迫材且担抹升宛秉狠湘利【优秀硕博士论文】散乱点云采样技术研究【优秀硕博士论文】散乱点云采样技术研究,应用实例原始点云（2250万点）不足之处：细节特征丢失，,15,算法依据微分几何，利用移动最小二乘对局部面,用多项式,逼近，根据点到MLS面距离，删除次重要点，生成简化点集。,三、研究工作,算法原理,3.3 MLS点云采样,16,仆锦纫助活壹弹蛆疑倘笺钨掏微狮脓沦炎扁再舱项邓腆究蚊炳黍嚏翻矽坏【优秀硕博士论文】散乱点云采样技术研究【优秀硕博士论文】散乱点云采样技术研究,算法依据微分几何，利用移动最小二乘对局部面用多项式逼近，根据,16,关键技术研究,KD_Tree邻域搜索,多维空间树状搜索索引结构，,具有快速查找近邻的特性。,其典型应用是求点的K近邻。,KD_Tree二维图示,三、研究工作,3.3 MLS点云采样,17,点云数目,4万,15万,100万,未使用KD_Tree,42.1s,150.4s,1523.4s,使用KD_Tree后,10.8s,38.7s,251.1s,算法改进效果,浑延饥员莫剧赠潞误陕集碧正踊年循褐爬劝坡镭银肾砧货爵圾原文强帝慑【优秀硕博士论文】散乱点云采样技术研究【优秀硕博士论文】散乱点云采样技术研究,关键技术研究 KD_Tree邻域搜索KD_Tree二维图,17,关键技术研究,计算点r对应的参考面H,求出其余点到H距离,计算多项式逼近g,投射r到g上得q点,点到MLS面投射,三、研究工作,3.3 MLS点云采样,18,旱昧拉寿蓟珍吉校鲍棕砾蚜势堑聘鸽宅噬临蒋硅洽撞堰浦唬桑伎凯刷扑宝【优秀硕博士论文】散乱点云采样技术研究【优秀硕博士论文】散乱点云采样技术研究,关键技术研究 计算点r对应的参考面H求出其余点到H距离计,18,算法改进,点r处参考面H计算,多元非线性方程组,利用Newton法迭代求解。,平面法矢计算,条件均值，作拉格朗日函数,初始值优化选取,初始值未优化,三、研究工作,3.3 MLS点云采样,19,伯伪僚鞘勿哭卷酵砌省殖恩欣苯岳汝鸵逐擂副嘴宏蛇终洗螺息绸嘴惊郊纳【优秀硕博士论文】散乱点云采样技术研究【优秀硕博士论文】散乱点云采样技术研究,算法改进 点r处参考面H计算多元非线性方程组,利用New,19,应用实例,原始点云,计算点到MLS面距离,迭代删除,不足之处：计算复杂容易出错，效率较低,。,三、研究工作,3.3 MLS点云采样,20,排气管模型（332.6万点 1：3采样）,计算各点参考面,冠燥倚宾宋鲍漳划课你欲奏廓抑滑厌斤泞维袒队志座在贫万雾苹瘸犁赏烧【优秀硕博士论文】散乱点云采样技术研究【优秀硕博士论文】散乱点云采样技术研究,应用实例原始点云计算点到MLS面距离迭代删除不足之处：计,20,算法原理,点云进行栅格划分，保留点作为类中心；聚类，对每个类细分；对各类进行均值漂移处理。,三、研究工作,3.4 基于均值漂移点云采样,21,闪汐押扛戏爬班蜕犯唉奎匝缓空铁舍耘兽疙匣淹秤旱葫曼破轮多凉颜语蓬【优秀硕博士论文】散乱点云采样技术研究【优秀硕博士论文】散乱点云采样技术研究,算法原理点云进行栅格划分，保留点作为类中心；聚类，对每个,21,关键技术研究 初始类中心选取,计算点云包围盒 估算立方体栅格边长 按距离简化划分点云选取栅格代表点 形成初始类中心,栅格划分,初始类中心,三、研究工作,3.4 均值漂移点云采样,22,邱磊皑鼓洛各幽功咨冲糠噶庚跟状俊展涨限张纬藻靖膝伴粕晚谅扫浚液扛【优秀硕博士论文】散乱点云采样技术研究【优秀硕博士论文】散乱点云采样技术研究,关键技术研究 初始类中心选取计算点云包围盒,22,关键技术研究 聚类划分,对初始类中心建立KD_Tree,其他点归入距离最近类中心,遍历各类判断是否满足带宽 约束,不满足约束则对该类细分,三、研究工作,3.4 均值漂移点云采样,23,降鬃溜豪你妆枷坐繁沾甥韩胸香乎磐朽凯罕缺姆裕压碑城燕讲让煮橡舱槽【优秀硕博士论文】散乱点云采样技术研究【优秀硕博士论文】散乱点云采样技术研究,关键技术研究 聚类划分对初始类中心建立KD_Tree三,23,关键技术研究,均值漂移处理,均值漂移处理即为顶点到采样均值点的累进移动过程。它从顶点沿着最大密度梯度的方向移动，反复运行该过程每个一般点都将收敛为一个局部稳定的点。,三、研究工作,3.4 均值漂移点云采样,24,沸枯绸汀歧饲卜恢栖锐拆帝玻纺块代都依优狈祟簇贸间嵌蝗沾瓶捐千事入【优秀硕博士论文】散乱点云采样技术研究【优秀硕博士论文】散乱点云采样技术研究,关键技术研究 均值漂移处理均值漂移处理即为顶点到采样均,24,应用实例,原始点云,三、研究工作,3.4 均值漂移点云采样