基于ICP算法的三维点云模型配准matlab仿真

简介: 基于ICP算法的三维点云模型配准matlab仿真

1.算法理论概述
一、引言
三维点云模型配准是计算机视觉和计算机图形学中的一个重要研究方向,可以将多个三维点云模型对齐到同一坐标系中,以实现三维重建、地图制作、机器人导航等应用。ICP(Iterative Closest Point)算法是一种常用的三维点云模型配准算法,具有高效、精确的特点。本文将详细介绍基于ICP算法的三维点云模型配准的实现步骤和数学原理。

二、ICP算法
ICP算法是一种基于迭代的三维点云模型配准算法,可以将两个三维点云模型对齐到同一坐标系中。ICP算法的基本思路是:将目标点云模型的每个点与参考点云模型中距离最近的点匹配,然后计算两个点云模型之间的变换矩阵,将目标点云模型变换到参考点云模型的坐标系中。ICP算法可以分为以下几个步骤:

随机采样匹配点
从目标点云模型中随机采样一些点,将它们与参考点云模型中距离最近的点匹配,得到一组初始的匹配点对。

计算变换矩阵
根据匹配点对,可以计算出变换矩阵,将目标点云模型变换到参考点云模型的坐标系中。常用的变换矩阵包括平移矩阵、旋转矩阵、缩放矩阵等。

更新匹配点
将变换后的目标点云模型与参考点云模型重新匹配,得到一组更新后的匹配点对。

判断收敛条件
判断匹配点对的误差是否小于阈值,如果满足收敛条件,则终止迭代;否则返回步骤2,继续迭代计算。

三、三维点云模型配准
三维点云模型配准的实现步骤如下:

   读取目标点云模型和参考点云模型

从文件或传感器中读取目标点云模型和参考点云模型,并将它们转换为点云数据结构。

数据预处理
对目标点云模型和参考点云模型进行预处理,包括去除离群点、滤波、下采样等操作。预处理可以提高匹配精度和匹配效率。

初始对齐
将目标点云模型和参考点云模型进行初步对齐,可以使用手工标定、IMU(Inertial Measurement Unit)数据等方法。

ICP迭代
使用ICP算法对目标点云模型和参考点云模型进行配准,可以使用ICP算法的不同变体,如点对点ICP、点对平面ICP、高斯混合模型ICP等。

后处理
对配准后的点云模型进行后处理,包括去除离群点、滤波、下采样等操作。后处理可以进一步提高配准精度和模型质量。

四、ICP算法数学原理

1.png

其中,$\overline{P_m}$和$\overline{P_r}$分别是目标点云模型和参考点云模型的质心。

2.算法运行软件版本
MATLAB2017B

3.算法运行效果图预览

2.jpeg
3.jpeg
4.jpeg

4.部分核心程序

```ALL_Normal = [Normal1_new;Normal2_new];%拼接后的点云法向量
%绘制迭代误差图和点云配准结果图
figure;
plot(Derr,'b-o');
xlabel('迭代次数');
ylabel('迭代误差');
grid on
title('ICP配准结果');

figure;
subplot(121);
plot3(target(:,1),target(:,2),target_(:,3),'.');
grid on
axis equal
xlabel('x');
ylabel('y');
zlabel('z');
title('上半部分');

subplot(122);
plot3(Reallignedsource(:,1),Reallignedsource(:,2),Reallignedsource(:,3),'.');
grid on
axis equal
xlabel('x');
ylabel('y');
zlabel('z');
title('ICP处理后的下半部分');

%绘制拼接后的点云图像并保存数据
figure;
plot3(ALL(:,1),ALL(:,2),ALL(:,3),'.');
grid on
axis equal
xlabel('x');
ylabel('y');
zlabel('z');

%保存数据
Tri = pointCloud(ALL);%将拼接后的点云数据保存为PLY格式
Tri.Normal = ALL_Normal;
% Tri = pointCloud;
% Tri.Location = ALL;
% Tri.Color = [];
% Tri.Normal = ALL_Normal;
% Tri.Intensity= [];
% Tri.Count = length(ALL);
% Tri.XLimits = [min(ALL(:,1)) max(ALL(:,1))];
% Tri.YLimits = [min(ALL(:,2)) max(ALL(:,2))];
% Tri.ZLimits = [min(ALL(:,3)) max(ALL(:,3))];

pcwrite(Tri,'apple2.ply');

%在点云图像中显示拼接后的点云
pcshow(Tri);

```

相关文章
|
6天前
|
传感器 机器学习/深度学习 算法
【使用 DSP 滤波器加速速度和位移】使用信号处理算法过滤加速度数据并将其转换为速度和位移研究(Matlab代码实现)
【使用 DSP 滤波器加速速度和位移】使用信号处理算法过滤加速度数据并将其转换为速度和位移研究(Matlab代码实现)
|
6天前
|
机器学习/深度学习 算法 Java
基于灰狼优化算法(GWO)解决柔性作业车间调度问题(Matlab代码实现)
基于灰狼优化算法(GWO)解决柔性作业车间调度问题(Matlab代码实现)
|
6天前
|
算法 机器人 Serverless
【机器人路径规划】基于6种算法(黑翅鸢优化算法BKA、SSA、MSA、RTH、TROA、COA)求解机器人路径规划研究(Matlab代码实现)
【机器人路径规划】基于6种算法(黑翅鸢优化算法BKA、SSA、MSA、RTH、TROA、COA)求解机器人路径规划研究(Matlab代码实现)
|
8天前
|
机器学习/深度学习 算法 安全
【无人机三维路径规划】基于非支配排序的鲸鱼优化算法NSWOA与多目标螳螂搜索算法MOMSA求解无人机三维路径规划研究(Matlab代码实现)
【无人机三维路径规划】基于非支配排序的鲸鱼优化算法NSWOA与多目标螳螂搜索算法MOMSA求解无人机三维路径规划研究(Matlab代码实现)
|
8天前
|
机器学习/深度学习 算法 调度
基于NSGA-III算法求解微电网多目标优化调度研究(Matlab代码实现)
基于NSGA-III算法求解微电网多目标优化调度研究(Matlab代码实现)
|
10天前
|
机器学习/深度学习 运维 算法
基于非支配排序遗传算法NSGAII的综合能源优化调度(Matlab代码实现)
基于非支配排序遗传算法NSGAII的综合能源优化调度(Matlab代码实现)
基于非支配排序遗传算法NSGAII的综合能源优化调度(Matlab代码实现)
|
7天前
|
传感器 算法 数据挖掘
基于协方差交叉(CI)的多传感器融合算法matlab仿真,对比单传感器和SCC融合
基于协方差交叉(CI)的多传感器融合算法,通过MATLAB仿真对比单传感器、SCC与CI融合在位置/速度估计误差(RMSE)及等概率椭圆上的性能。采用MATLAB2022A实现,结果表明CI融合在未知相关性下仍具鲁棒性,有效降低估计误差。
|
8天前
|
负载均衡 算法 调度
基于遗传算法的新的异构分布式系统任务调度算法研究(Matlab代码实现)
基于遗传算法的新的异构分布式系统任务调度算法研究(Matlab代码实现)
77 11
|
8天前
|
机器学习/深度学习 传感器 算法
基于全局路径的无人地面车辆的横向避让路径规划研究[蚂蚁算法求解](Matlab代码实现)
基于全局路径的无人地面车辆的横向避让路径规划研究[蚂蚁算法求解](Matlab代码实现)
|
8天前
|
算法 安全 BI
基于粒子群算法的多码头连续泊位分配优化研究(Matlab代码实现)
基于粒子群算法的多码头连续泊位分配优化研究(Matlab代码实现)

热门文章

最新文章