1 中国科学院 国家空间科学中心，北京 100190
2 中国科学院大学，北京 100049
3 辽宁大学 物理学院，辽宁 沈阳 110036
针对时间飞行(TOF)获取的三维点云数据噪声点多、有效目标在点云中所占比例较小的问题，提出一种适用于TOF 点云数据的基于强度特征匹配的迭代最近点配准算法。首先使用强度特征进行有效区域提取，然后对有效区域进行配准，最后使用有效区域的变化矩阵对整个点云数据进行配准。实验结果表明，该方法能在不影响配准速度的情况下，有效提高真实点云配准的精确度。
点云配准 时间飞行 强度信息 迭代最近点 point cloud registration Time Of Flight intensity information Iterative Closest Point (ICP) 太赫兹科学与电子信息学报
2023, 21(6): 838
1 中国科学院国家空间科学中心，北京0090
2 中国科学院大学，北京100049
点云配准技术作为点云数据处理中的核心技术，会因为点云质量而影响配准效果，质量好的点云可以提高配准精度、空间模型完整度、即时定位与地图构建系统的性能等，因此评价点云数据质量具有很高的客观价值；而通过传感器获得的点云数据存在系统误差和非系统误差等噪声，因此点云数据处理变得很重要，对点云数据处理效果的评价还没有一个较为客观的方法，本文提出了多维点云结构相似性定量化评价方法。通过将滤波前、后的点云数据和标准点云数据进行对比，分别比较三维坐标轴上所有点坐标的均值、标准差和协方差，再对3个坐标轴上的结构相似性值进行权重分配最终获得三维结构相似关联度，进而对点云滤波、点云稀疏后的点云数据质量进行评价。该方法还对提高配准精度进行了实验验证。经过实验表明，该方法能够评价三维点云的质量，且能够评价不同噪声类型以及处理方法下获得的点云质量，为点云配准提供了参考。该方法不仅对点云预处理和点云质量进行了高效、客观地评价，还提供了一种提高点云配准精度和效率的方法。
点云数据 结构相似性 定量化评价 点云滤波 point cloud data structure similarity quantitative evaluation point cloud filtering
1 中国科学院国家空间科学中心, 北京 100190
2 中国科学院大学, 北京 100049
飞行时间(Time-of-Flight, ToF)三维成像方法由于多路径干扰和混合像素等问题降低了目标物体深度测量的精度。传统的方法通过优化重构异常点云数据或滤除噪声点云数据来提高目标的准确性, 但是这些方法复杂度高且容易导致过度平滑。三维点云图像中的有效点云与噪声点云之间的关系很难用数学模型来表示。针对上述问题, 本文提出了一种基于置信度的飞行时间点云去噪方法。首先, 分析多帧点云数据的概率相关性, 以点云数据的置信度作为判别有效点云与噪声点云的依据; 其次, 利用多帧点云之间的矢量对偶性, 提出了一种快速提取不同置信度点云的算法, 其时间复杂度为O(L); 最后使用该算法提取多帧三维图像中置信度高的点云数据获得目标物体的真实测量数据, 并重点对4组不同场景的点云数据进行对比实验。实验结果表明, 该算法能够在有效滤除噪声的同时, 显著提高目标物体的距离测量精度, 增强目标物体的特征, 因此具有广泛的应用价值。
飞行时间 点云去噪 置信度 ToF, point cloud denoising, confidence level
1 中国科学院国家空间科学中心, 北京 100190
2 中国科学院大学, 北京 100049
针对飞行时间法(TOF)获取点云的相关特点, 提出一种适用于TOF点云的改进配准算法, 首先使用FPFH特征对点云进行粗配准; 在精配准阶段, 通过法向量夹角特征采样的方法来减少点云的点数, 同时又保留点云的关键信息点, 并引入KD树和RANSAC方法来改进ICP的配准效率。实验结果表明, 该算法具有良好的配准效率和精度, 同时具有较大的适用范围。
点云配准 法向量 point cloud registration normal vector ICP ICP FPFH FPFH
Author Affiliations
Abstract
1 Key Laboratory of Electronics and Information Technology for Space Systems, Center for Space Sciences and Applied Research, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, China
2 University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
3 College of Physics, Beijing Institute of Technology, Beijing 100081, China
In this paper, we present an innovative method of double balanced differential configuration, in which two adjacent single photon avalanche diodes (SPADs) from the same wafer are configured as the first balanced structure, and the output signal from the first balanced stage is subtracted by the attenuated gate driving signal as the second balanced stage. The compact device is cooled down to 236 K to be characterized. At a gate repetition rate of 400 MHz and a 1 550 nm laser repetition rate of 10 MHz, the maximum photon detection efficiency of 13.5% can be achieved. The dark count rate is about 10-4ns-1at photon detection efficiency of 10%. The afterpulsing probability decreases with time exponentially. It is shown that this configuration is effective to discriminate the ultra-weak avalanche signal in high speed gating rates.
光电子快报（英文版）
2015, 11(2): 121
