基于整体最小二乘的标靶特征提取算法研究

摘要

随着测绘领域新技术的不断发展，三维激光扫描技术本着高精度、快速度、多测点等优势，走进测绘学者的视野。对其相应的研究也越来越多，主要集中在点云数据处理领域，该领域包含点云切割、点云配准、点云简化、点云去噪等多个方面，其中点云配准最关键在于同名点的选择，同名点获取主要有两种方法，分为无标靶和有标靶。本文主要研究平面、球和圆柱三类常用标靶的特征提取算法，包括：
　　首先，本文介绍了整体最小二乘、加权整体最小二乘和稳健加权整体最小二乘的概念、平差模型和解算方法，研究了三种方法在测量数据处理应用中具有的优势，系统的总结了地面三维激光扫描技术，包括三维激光扫描仪的扫描原理，扫描数据的特点。针对三种标靶扫描点云数据，给出了目前常用并且有效的去噪方法；
　　然后，文章系统的梳理了现有三种标靶的特征提取算法和标靶平面特征提取算法。以对标靶形状的拟合为基础，给出了四种标靶平面特征提取算法、四种平面标靶特征提取算法、五种球标靶特征提取算法和四种圆柱标靶特征提取算法；其中包括对平面标靶和圆柱标靶进行特征提取算法的改进算法，以及本文提出的基于球体几何关系的球标靶特征提取算法；
　　最后，利用论文整理的三种标靶的特征提取算法和标靶平面特征提取算法，对模拟实验数据和扫描实验数据处理分析，验证了论文中改进算法的有效性，同时发现基于球体几何关系的球标靶特征提取算法具有较好的准确性和稳定性。

目录

主要符号

1 绪 论

1.1 研究目的和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 论文主要内容和组织结构

2 理论基础

2.1 最小二乘模型及解算

2.2 整体最小二乘模型及解算

2.3 加权整体最小二乘模型及解算

2.4 稳健加权整体最小二乘模型及解算

2.5 地面三维激光扫描技术

2.6 三维激光扫描标靶

2.7 标靶点云噪声处理

2.8 球体几何关系

2.9 本章小结

3 标靶特征提取算法

3.1 标靶平面特征提取算法

3.2 平面标靶的特征提取算法

3.3 球标靶特征提取算法

3.4 圆柱标靶特征提取算法

3.4 本章小结

4 实验分析

4.1 平面标靶实验分析

4.2 球标靶实验分析

4.3 圆柱标靶实验分析

4.4 本章小结

5 总结与展望

致谢

参考文献

附录

A. 作者在攻读硕士学位期间所发表的文章：

B. 作者在攻读硕士学位期间所参与的科研项目：

C. 边缘点搜索算法：

D. 激光点云误差来源：