基于激光雷达的无人驾驶障碍物检测和跟踪

针对激光雷达动态障碍物检测与跟踪过程中聚类适应性差、实时性低和跟踪准确度不高等问题，提出一种自适应的密度聚类算法和多特征数据关联方法，分别用于检测和跟踪. 首先，对激光雷达采集的点云进行路沿检测、感兴趣区域提取和地面分割等预处理，去除无关点云；然后，基于自适应的密度聚类算法对非地面的点云进行聚类，完成障碍物点云检测；最后，利用加权多特征数据关联算法结合卡尔曼滤波器实现对动态障碍物跟踪. 通过实验表明:本算法能够根据10 Hz的激光雷达数据实现对障碍物准确、稳定的检测和跟踪，且聚类时间缩短32%.      

车门内板复杂钣金件逆向建模方法探讨

以某轿车前后车门内板为例,探讨复杂钣金件的逆向设计过程和方法。通过手持式三维激光扫描仪的非接触式测量获取前后车门内板的点云数据。利用Geomagic Studio 12软件进行前期点云处理。基于CATIA V5 R17软件平台的自由曲面、创成式外形设计、数字化外形编辑器、快速曲面重构等模块完成前后车门内板的曲面重构,并进行相应的曲面质量检查。对复杂钣金件的逆向建模流程和方法以及车门内板曲面质量的评价指标进行了相关探索。     

基于边界点云数据的3次B样条曲线拟合

点云边界特征线是指能够表达实物样件原始边界特征的测量点。边界不仅作为表达曲面的重要几何特征,而且作为求解曲面的定义域,对重建曲面模型的品质和精度起着重要作用。提出空间点云边界提取方法获取边界点云数据,然后通过“构造树型特征链”和3次B样条算法实现边界点云数据曲线拟合。     

基于机载LiDAR和Mean Shift算法提取森林密度

为获取森林密度信息,利用Mean Shift算法对森林点云进行单木分割提取森林密度信息.首先,以点云三维坐标和法向量作为特征向量,利用统计分析方法选择合适带宽及阈值,采用Mean Shift算法对点云进行初始分割;其次,对分割后的点云进行分析,加入灌木、杂草等过滤条件,得到树冠点云;然后,对树冠点云再次进行Mean Shift分割,并对每类树冠点云进行统计,以稳态点为粗略位置标记计算森林密度;最后,与地面实测数据进行验证.地面数据验证结果表明,平均计算精度达到90.0%以上,可满足林业应用需求;通过与分水岭法进行对比发现, Mean Shift方法获得的精度为92.5%,比分水岭方法70.0%高出22.5%,且避免了分水岭方法导致的过分割现象.      

基于PCL的人体模型自动化修形研究

提出了基于患者人体点云数据的修形曲面自动化建造方法.利用三维激光扫描仪获取人体点云数据,滤波后将点云数据分割成骨盆、腹腔和胸腔三部分,根据三点加力矫形原理提取用于设置伸展空间和施加矫形压力的点云数据,施加变换操作;最后实现点云数据的拼接,创建人体修形曲面.设计案例表明该方法为矫形支具自动化设计奠定基础.     

基于K近邻和法向精度的点云精简算法

针对传统点云简化算法在精简散乱点云数据时经常丢失过多特征点的不足,提出了基于K近邻和法向精度的点云精简算法.该算法首先对输入的散乱点云数据建立K近邻索引,并剔除集群点及离群点,从而完成点云数据的预处理,然后对预处理后的数据进行Delaunay三角化,并重构三角网格面,最后依据法向精度进行非特征点剔除.仿真实验表明,该算法既能较大程度地精简点云数据,又能较好地保持原有模型的基本特征.     

基于Geomagic Studio的防撞钢梁模型逆向重建

利用自行设计的QDU-1三维扫描仪得到了普通家用轿车前防撞钢梁的点云数据,并利用逆向工程软件Geomagic Studio对点云数据进行处理,得到高质量的NURBS曲面,并将重构的防撞钢梁模型导入CAD软件。该方法既可获得高质量的CAD模型,又可缩短产品开发周期、降低成本。     

带噪声的点云数据的隐式曲面重建算法

针对三维扫描获取的带噪声和离群点的点云数据,提出了隐式曲面重建算法.用基于均值漂移的滤波算子,把每个采样点移动到核密度函数的局部最大值的点,以限制噪声并剔除离群点.然后,用自适应的八叉树空间划分方法将降噪后的采样点数据分成小的子域.最后,在每个子域内计算局部形状函数,并用单位分解法将所有的局部形状函数加权求和以逼近模型的全局函数.实验表明,该方法是鲁棒的,能用带噪声和离群点的点云数据实现多分辨三维重建,得到细节丰富的曲面.     

涡轮叶片逆向建模与特征参数提取

为了在已有涡轮叶片实物基础上进行再创新设计,采用激光扫描仪对涡轮叶片进行数字化扫描,提出了在三维测量得到涡轮叶片点云数据的基础上,准确进行逆向建模、反求几何参数和提取气动特征参数的逆向设计方法.根据涡轮叶片的几何参数反求和提取气动特征参数要求,基于获取涡轮叶片的截面点云图,用五次多项式曲线拟合叶盆和叶背,并用圆弧逼近叶形前后缘.基于该方法,采用Matlab软件对涡轮截面线点云进行拟合,反求得到了叶身型线方程,拟合偏差控制在之内,能够获得准确的叶片截面型线和气动特征参数.      

车身产品开发中逆向设计的研究与应用

逆向设计是现代汽车产品快速开发的重要技术。本文介绍了汽车车身产品开发流程及逆向设计关键技术和应用软件,从点云数据采集、曲面重构、曲面数据质量评估等方面分析了逆向设计在汽车车身产品开发中的应用情况。     

Surface reconstruction of scanned human body using radial basis functions and adaptive partition of unity

It is important to reconstruct a continuous surface representation of the point cloud scanned from a human body. In this paper a new implicit surface method is proposed to reconstruct the human body surface from the points based on the combination of radial basis functions (RBFs) and adaptive partition of unity (PoU). The whole 3D domain of the scanned human body is firstly subdivided into a set of overlapping subdomains based on the improved octrees. The smooth local surfaces are then computed in the subdomains based on RBFs. And finally the global human body surface is reconstructed by blending the local surfaces with the adaptive PoU functions. This method is robust for the surface reconstruction of the scanned human body even with large or non-uniform point cloud which has a sharp density variation. Foundation item: the National Natural Science Foundation of China (No. 50575139) and the Shanghai Special Fund of Informatization (No. 088)     

基于一面两孔特征的点云配准方法

为了提高零件在扫描检测过程中点云与设计模型的配准精度,提出了一种基于一面两孔特征的点云配准方法.该方法粗配准以零件的平面/圆柱孔特征为对象,使设计模型和点云的局部坐标系重合,并通过改进ICP算法求解点云与设计模型最近点的距离最小平方和实现精配准.由于配准区域和最近点的计算方法不同,精配准进一步分为全域和特征域配准两种类型.全域精配准以距点云最近的设计模型三角网格点或投影点为最近点,适合于毛坯件;特征域精配准则通过求解点云在平面/圆柱孔特征上的投影点为最近点,适合于成品件.试验及计算结果表明:全域配准的配准精度随表面离散点距离的减小而提高, 当离散点距离达到1.50 mm时,其配准精度已经达到0.15 mm,基本满足工程应用要求.当配准精度相同时,配准效率较其它方法提高10%~20%.      

Curvature estimation of point set data based on the moving-least square surface

Curvature estimation is a basic step in many point relative applications such as feature recognition, segmentation, shape analysis and simplification. This paper proposes a moving-least square (MLS) surface based method to evaluate curvatures for unorganized point cloud data. First a variation of the projection based MLS surface is adopted as the underlying representation of the input points. A set of equations for geometric analysis are derived from the implicit definition of the MLS surface. These equations are then used to compute curvatures of the surface. Moreover, an empirical formula for determining the appropriate Gaussian factor is presented to improve the accuracy of curvature estimation. The proposed method is tested on several sets of synthetic and real data. The results demonstrate that the MLS surface based method can faithfully and efficiently estimate curvatures and reflect subtle curvature variations. The comparisons with other curvature computation algorithms also show that the presented method performs well when handling noisy data and dense points with complex shapes.     

板材成形模拟中模具曲面的描述和光顺

为解决在有限元中曲线、曲面的描述和光顺问题，提出一种适合有限元模拟的模具曲面修正方法．采用基于点的曲面表达方式描述模具曲面，利用原始型值点与修正后的型值点之间的误差描述光顺，并利用ABAQUS软件建立了相应的计算机模拟系统．模拟结果表明，该系统适用于采用有限元模拟模具曲面修正．     

基于气泡模型的自由曲面网格生成和调控

为了在自由曲面上生成形状规整、大小可控的三角形网格,提出一种基于气泡运动模型的网格自动生成方法. 将适量的网格点布置在离散化的曲面上,并模拟为弹性气泡. 引入气泡间的相互作用力和曲面对气泡的吸附力,得到各气泡的运动控制方程. 采用数值方法近似求解气泡系统的平衡状态. 将平衡后的气泡中心用曲面Delaunay法连接成曲面上的三角形网格. 在气泡模型中,通过相对半径函数控制各气泡的相对大小,进而实现对网格大小的调控. 通过在相对半径函数中考虑气泡中心到特定点或线的距离、参考线或曲面的曲率等因素的影响,生成网格大小与曲面特征相适应的三角形网格. 6个算例结果表明,该方法生成的网格形状规整、疏密有致,其形状质量指标都高于0.97;该方法为网格结构的设计提供了参考.      

基于金字塔特征融合的二阶段三维点云车辆检测

针对三维点云鸟瞰图特征提取不充分导致车辆目标检测性能欠佳问题,本文提出一种基于金字塔特征融合的二阶段三维点云车辆目标检测算法。首先通过降维处理并利用体素占用编码原始三维点云,得到二维特征图输入;然后,利用上采样网络传递高层语义特征,下采样网络传递低层位置特征,构建一阶段金字塔网络结构提取车辆目标特征;最后,通过候选区域提取层得 到不同尺度的候选区域,利用兴趣区域池化层对齐各候选区域尺度,并采用全连接层融合多尺度特征,提取不同感受野下车辆目标特征;此外,在损失函数方面,补充正余弦角度损失并加权到总损失函数中,优化车辆目标航向角预测。基于KITTI公开数据集的实验分析表明,本文算法相较基准网络能够有效补充三维点云鸟瞰图特征提取,在不同难度的检测任务中平均检测精度提高 了5.07%~8.59%。     

网络环境下全景图和点云数据快速融合可视化方法

现有多源数据融合可视化方法对数据精度要求高,匹配过程复杂,且传统点云的组织索引方式冗余,面对复杂数据的动态性较差,索引效率较低,难以支撑在网络环境下进行多源数据高效可视化交互.?针对上述问题,提出面向网络轻量化应用的全景图与点云数据快速融合可视化方法.?探讨了二维影像与三维点云的快速映射匹配机制、非规则性八叉树点云优化...     

逆向工程在涡轮增压器叶片几何反求中的应用

叶片是涡轮增压器的关键零部件,不仅要求其有较高的尺寸精度,而且有较高的表面质量．为打破国外技术封锁,应用逆向工程技术对其进行几何反求并为其国产化提供设计依据．用三坐标测量仪测量曲面轮廓,提出了点云处理、曲线生成、曲面重构及精度评价的原则和方法,应用Imageware软件对其进行了曲面重构．提出了实体造型及生成工程图的原则和方法,应用Pro／E软件实现模型重建．利用该模型可以指导叶片的再设计与零件制造工艺的制定．