激光与光电子学进展, 2020, 57 (20): 201102, 网络出版: 2020-10-14   

基于卷积神经网络结合改进Harris-SIFT的点云配准方法 下载: 972次

Point Cloud Registration Method Based on Combination of Convolutional Neural Network and Improved Harris-SIFT
作者单位
西安建筑科技大学信息与控制工程学院, 陕西 西安 710055
图 & 表

图 1. 基于CNN结合改进Harris-SIFT的点云配准方法流程图

Fig. 1. Flow chart of point cloud registration method based on CNN combined with improved Harris-SIFT

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图 2. 改进Harris-SIFT算法提取点云关键点流程图

Fig. 2. Flow chart of improved Harris-SIFT algorithm to extract key points of point cloud

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图 3. 改进的Harris-SIFT算法提取的不同模型的关键点。(a) Bunny模型;(b) Horse模型

Fig. 3. Extracted key points of different models by improved Harris-SIFT algorithm. (a) Bunny model; (b) Horse model

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图 4. CNN模型的结构

Fig. 4. Structure of CNN model

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图 10. 基师塔点云模型配准结果。(a)配准前,(b)粗配准后,(c)精配准后

Fig. 10. Registration results of Jishi tower point cloud model. (a) Before registration; (b) after coarse registration; (c) after accurate registration

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图 11. 基师塔模型配准效果对比。(a) ICP算法,(b) NV-TICP算法,(c) ISS-ICP算法

Fig. 11. Comparison of registration effects of Jishi tower model. (a) ICP algorithm; (b) NV-TICP algorithm; (c) ISS-ICP algorithm

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表 1点云模型的数据集信息

Table1. Dataset information of point cloud model

DatasetAmount of point data
Bunny35947
Horse48485
Dragon437645

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表 2Bunny点云模型中检测到的关键点

Table2. Key points detected in Bunny point cloud model

Key point ofsource point cloudPosition coordinateKey point oftarget point cloudPositioncoordinate
1(-0.0775, 0.0078, -0.0890)1(0.0785, 0.0487, -0.0762)
2(0.0366, 0.3565, -0.3373)2(0.0010, 0.5621, -0.0154)
3(-0.0394, 0.5782, 0.1947)3(-0.0864, 0.0509, 0.0643)
4(0.0045, 0.0783, -0.0053)4(-0.0056, 0.0345, 0.7290)
5(-0.0597, 0.1082, 0.0753)5(0.3648, 0.6439, -0.0542)
6(-0.8963, 0.0091, 0.0802)6(-0.0040, 0.6909, 0.2003)
7(-0.7205, 0.0004, 0.0507)
8(0.0832, 0.0305, 0.2198)
9(0.1002, 0.0405, 0.0077)

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表 3Horse点云模型中检测到的关键点

Table3. Key points detected in Horse point cloud model

Key point ofsource point cloudPosition coordinateKey point oftarget point cloudPositioncoordinate
1(-0.0607, 0.0082, 0.2054)1(0.8734, -0.0880, 0.0007)
2(0.4738, -0.0509, 0.0042)2(0.9867, 0.0092, -0.8460)
3(0.0340, 0.0416, -0.0060)3(-0.0021, 0.0071, 0.0209)
4(0.8192, 0.1417, -0.2090)4(0.0870, -0.0003, 0.9562)
5(0.0900, -0.4203, 0.0404)5(-0.0065, 0.0535, 0.0030)
6(0.8150, 0.1040, 0.1690)

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表 44种配准方法在不同点云模型下配准效果对比

Table4. Comparison of four registration methods under different point cloud models

ModelRegistration error
AlgorithmER /(°)EM /mmRunning time /s
ICP12.467.715.297
BunnyNV-ICP10.895.5121.895
ISS-ICP8.336.0314.998
CNN-ICP3.771.125.470
ICP13.015.465.913
HorseNV-ICP11.724.7420.785
ISS-ICP9.434.8815.055
CNN-ICP3.571.036.438
ICP21.0712.0413.789
DragonNV-ICP13.936.7531.367
ISS-ICP9.525.3521.352
CNN-ICP3.071.939.537

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表 5基师塔的点云模型数据集信息

Table5. Dataset information of Jishi-tower point cloud model

ModelAmount ofpoint dataPercentage ofmissing point /%
Source point cloud59056017
Target point cloud60826014

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表 64种配准方法在基师塔点云模型中配准效果对比

Table6. Comparison of registration effects of four registration methods in Jishi tower model

RegistrationalgorithmRegistration errorRunningtime /s
ER /(°)EM /mm
ICP104.06 (fail)18.55122.756
NV-TICP34.588.4781.567
ISS-ICP43.556.7645.257
CNN-ICP5.521.8015.880

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李昌华, 史浩, 李智杰. 基于卷积神经网络结合改进Harris-SIFT的点云配准方法[J]. 激光与光电子学进展, 2020, 57(20): 201102. Changhua Li, Hao Shi, Zhijie Li. Point Cloud Registration Method Based on Combination of Convolutional Neural Network and Improved Harris-SIFT[J]. Laser & Optoelectronics Progress, 2020, 57(20): 201102.

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