авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 ||

Разработка и исследование алгоритмов автоматического взаимного ориентирования трехмерных дискретных моделей объектов, полученных в результате лазерного сканиро

-- [ Страница 2 ] --

(24)

где - массив трехмерных точек, соответствующий повернутым точкам .

В результате дискретные точечные представления иимеют одинаковую угловую ориентацию, поэтому их взаимное положение определяется простым преобразованием:

, (25)

где - вектор переноса.

Пусть - бинарное воксельное представление, вычисленное для объекта , а - для . Значение вектора сдвига T соответствует максимуму корреляционной функции для двух воксельных представлений :

(26)

Формула (26) представляет собой интеграл свертки, который может быть вычислен с помощью традиционного R3 преобразования Фурье.

Для экспериментальных исследований использовались тестовые данные, которые включали в себя точечные модели различных реальных объектов сканирования. К тестовым данным не применялись никакие операции редактирования, фильтрации или очистки.

Таблица 1. Описание тестовых наборов

Описание Количество точек в одной модели Шаг сканирования, см Количество моделей
1 Фасад церкви с колокольней 50 000 2.40 4
2. Плоский фасад церкви с глубоким порталом 60 000 3.10 2
3. Выпуклая гладкая поверхность, без ярких особенностей 75 000 0,25 2
4. Скульптура на постаменте 45 000 3.00 4
5. Две стороны фасада церкви с одним большим куполом, с деревьями на фоне 110 000 1.00 6
6. Широкий фасад замка, деревья 110 000 2.40 2

Для оценки результатов ориентирования тестовые точечные модели сначала приближенно ориентировались с помощью предложенной в данной работе методики. А затем, точное решение автоматически вычислялось в программе Trimble RealWorkSurvey версии 6.0. Важно отметить, что алгоритм автоматического ориентирования, заложенный в программе RealWorkSurvey требует ручного приближенного ориентирования точечных моделей путем указания трех соответствующих точек. Предложенная в данной работе методика позволяет исключить этап ручного указания пар точек и полностью автоматизировать этап взаимной ориентации. Результаты тестирования алгоритма приведены в таблице 5. Угол – результирующая оценка взаимного угла вокруг оси Z систем координат первой и второй дискретной точечной модели.

Таблица 2. Результаты взаимной ориентации точечных моделей

Название , Время, с Точность, см / кол-во точек
1 Церковь, город Вартбург 70 30 2.22 / 24569
2. Церковь, город Вартбург (2) -51 52 2.20 / 25189
3. Готический собор -73 33 5.10 / 23411
4. Фарфоровая скульптура кошки 78 47 0,11 / 45913
5. Скульптура льва в натуральную величину -46 37 3.01 / 28943
6. Скульптура льва в натуральную величину (2) 4 34 3.62 / 27812
7. Скульптура льва в натуральную величину (3) -10 41 3.26 / 29456
8. Скульптура льва в натуральную величину (4) 128 34 3.47 / 31856
9. Церковь Самарина 43 36 0,50 / 45259
10 Церковь Самарина (2) 39 43 0,71 / 49546
11 Церковь Самарина (3) -115 30 0,43 / 39748
12 Замок Вельфеншлос 72 41 2.12 / 83443

Точность решения задачи оценивалась путем вычисления расстояний от точек первой точечной модели до ближайшей точки второй модели. В столбце 3 таблицы (5) приведено среднее расстояние между точечными моделями рассчитанное по указанному количеству точек.

На рисунке 5. показаны результаты взаимного ориентирования точечной модели замка Вельфеншлос.

а)  б) Результаты взаимного ориентирования точечной модели замка Вельфеншлос.-46
б)

Рис. 4. Результаты взаимного ориентирования точечной модели замка Вельфеншлос. а) исходные неориентированные точечные модели б) результат автоматического приближенного ориентирования по предложенной методике

При анализе результатов взаимного ориентирования дискретных точечных моделей можно использовать субъективную визуальную оценку. Такой подход позволяет быстро выявить грубые ошибки ориентирования, а также помогает оценить результат в случае симметричного объекта сканирования. В настоящее время производительность лазерных сканеров увеличивается с каждым годом. Современные наземные лазерные сканеры импульсного типа способны сканировать поверхность объекта со скоростью порядка 10 000 точек в секунду, а сканеры фазового типа – порядка 500 000 точек в секунду. Большинство существующих видео-карт широкого доступа могут отображать порядка 1-3 миллионов точек без ощутимых задержек. Однако, объемы данных, с которыми приходится сталкиваться на практике, существенно превышают указанный объем. Таким образом, на практике возникают трудности с быстрой визуализацией больших объемов точечных данных.

В рамках диссертационной работы был рассмотрен вопрос эффективной визуализации результатов лазерного сканирования, разработан и реализован алгоритм визуализации дискретных моделей.

Разработанный алгоритм визуализации позволяет:

  1. быстро отображать данные при любых операциях навигации по сцене (масштабировании, вращении, сдвиге);
  2. отображать каждую точку различным цветом в соответствии с любой дополнительной информацией (интенсивность отраженного сигнала, номер отклика и т.д.).

Основой созданной системы визуализации дискретных точечных моделей являются три составляющие:

  • использование специальной структуры данных для хранения координат точек и связанной с ними информации;
  • использование алгоритма отсечения невидимой части сцены
  • генерализация данных.

Выводы и основные результаты

В диссертационной работе решена задача автоматического взаимного ориентирования дискретных точечных моделей. В процессе изучения предметной области были выявлено, что существующие методики решения могут применяться при известных значениях начальных приближений параметров взаимного ориентирования, которые на практике неизвестны. Для решения данной проблемы была предложена методика решения задачи, основанная на использовании ориентационных гистограмм и воксельных моделей. Была создана эффективная реализация предлагаемой методики, которая показала надежные результаты на многих реальных тестовых данных. Кроме того, предлагаемая методика была протестирована на данных, официально рекомендованных к проверке автоматических алгоритмов взаимного ориентирования международным обществом фотограмметрии и дистанционного зондирования. Результаты экспериментов на этих данных показали высокую эффективность и точность решения поставленной задачи.

В рамках диссертационной работы был также рассмотрен вопрос эффективной визуализации больших дискретных точечных моделей. Была разработана эффективная методика визуализации данных, которая позволяет динамически выполнять генерализацию и отсечение невидимой части сцены в процессе отображения. Практические эксперименты показали, что предлагаемая методика визуализации позволяет отобразить модели из десятков миллионов точек без ощутимых временных задержек. Данная методика нашла применение в инженерном программном обеспечении, применяемом на производстве.

В диссертационной работе решены следующие задачи:

  1. Выполнен анализ существующих методов автоматической взаимной ориентации дискретных точечных моделей, который показал неустойчивость существующих методов в решении задачи при отсутствии приближенных значений элементов взаимного ориентирования.
  2. Разработан алгоритм автоматического взаимного ориентирования дискретных точечных моделей, основанный на использовании ориентационных гистограмм и воксельных представлений точечных моделей.
  3. Создано программное обеспечение, обеспечивающее практическую возможность решения задачи по предложенной методике.
  4. Выполнены многочисленные экспериментальные исследования предложенной методики автоматического ориентирования дискретных точечных моделей. Результаты исследования показывают высокую эффективность и надежность решения задачи.
  5. Разработано программное обеспечение, позволяющие быстро и качественно визуализировать дискретные модели из десятков миллионов точек.

Публикации по теме диссертации

  1. Чибуничев А.Г., Велижев А.Б., Автоматическое определение взаимной ориентации трехмерных моделей объектов, полученных по результатам лазерного сканирования, «Геодезия и аэрофотосъемка», Москва, 2007, № 1, стр. 127-134.
  2. Чибуничев А.Г., Велижев А.Б., Автоматическое сопоставление облаков точек, полученных в результате наземного лазерного сканирования, с использованием ориентационных гистограмм, «Геодезия и аэрофотосъемка», 2008, Москва, №3, стр. 112-119
  3. Велижев А.Б., Визуализация результатов лазерного сканирования, "Инженерные изыскания", 2008, №2, стр. 94-95
  4. A. Chibunichev, A. Velizhev, "Automatic Matching of Terrestrial Scan Data Using Orientation Histograms", The International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences, 2008, Vol. XXXVII. Part B5, Beijing, p.601-604


Pages:     | 1 ||
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.