摘要：三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)的配準(zhǔn)一直是計(jì)算機(jī)視覺(jué)、模式識(shí)別、攝影測(cè)量等領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，它對(duì)于解決曲線曲面匹配、圖像拼接、三維重建、計(jì)算機(jī)輔助文物復(fù)等問(wèn)題至關(guān)重要。目前最常用的點(diǎn)云數(shù)據(jù)配準(zhǔn)方法是迭代最近點(diǎn)（Iterative　Closest　Point，ICP）算法，伴隨著三維掃描技術(shù)的進(jìn)步，許多研究者對(duì)該算法做了細(xì)致的研究并提出了各種改進(jìn)算法。該文首先總結(jié)了ICP算法的基本原理，然后從數(shù)據(jù)采樣、特征點(diǎn)選取與點(diǎn)對(duì)權(quán)重、非重疊區(qū)域檢測(cè)、兼容性約束四個(gè)方面對(duì)改進(jìn)算法進(jìn)行了系統(tǒng)而詳細(xì)的分析與研究。

關(guān)鍵詞：三維點(diǎn)云；配準(zhǔn)；迭代最近點(diǎn)

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2012）31-7568-03

在計(jì)算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域，三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)的配準(zhǔn)對(duì)解決曲線曲面匹配、圖像拼接、三維重建、計(jì)算機(jī)輔助文物復(fù)原等問(wèn)題至關(guān)重要。以計(jì)算機(jī)輔助文物碎片拼接為例，在過(guò)去十年間有很多研究項(xiàng)目需要獲取文物詳細(xì)的三維表示，但是通過(guò)三維掃描設(shè)備獲取的多個(gè)掃描需要采取一定的技術(shù)恢復(fù)每個(gè)掃描的相對(duì)視點(diǎn)，然后將多個(gè)掃描融合到一個(gè)最終的模型。這一過(guò)程就是三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)的配準(zhǔn)，它是獲取文物準(zhǔn)確的三維表示的關(guān)鍵步驟。1992年，Besl和Mckay提出了一種基于幾何模型的三維物體配準(zhǔn)算法——迭代最近點(diǎn)算法[1]。近年來(lái)，伴隨著三維掃描技術(shù)的不斷進(jìn)步，該算法得到了廣泛應(yīng)用，也吸引了眾多研究者的目光。許多研究者對(duì)該算法進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，分析了該算法的特點(diǎn)與不足，提出了各種改進(jìn)算法。國(guó)外學(xué)者M(jìn)ichael　Wild[2]回顧了2002年到2007年ICP算法的發(fā)展；介紹了ICP算法的流程并對(duì)幾種改進(jìn)算法做了詳細(xì)的分析和比較；最后介紹了該算法在放射療法中的應(yīng)用。近幾年，ICP算法的研究改進(jìn)以及應(yīng)用仍然是國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者熱衷的一個(gè)研究方向，這從發(fā)表在IEEE上的論文數(shù)量即可看出。本文詳細(xì)總結(jié)了ICP算法的基本原理，然后從數(shù)據(jù)采樣、特征點(diǎn)選取與點(diǎn)對(duì)權(quán)重、非重疊區(qū)域檢測(cè)、兼容性約束四個(gè)方面對(duì)幾種改進(jìn)算法進(jìn)行了系統(tǒng)而詳細(xì)的分析與研究。總結(jié)了這些算法的基本思想和特點(diǎn)，這些工作對(duì)后期的研究將會(huì)起到重要的作用。

1　ICP算法的基本原理

1.1　基本原理

ICP算法是大多數(shù)點(diǎn)云配準(zhǔn)算法的心，它是一個(gè)點(diǎn)對(duì)剛性算法?；舅枷胧牵杭僭O(shè)兩個(gè)點(diǎn)集P和X近似對(duì)齊，對(duì)P上的每個(gè)點(diǎn)，假設(shè)X上的最近點(diǎn)與之對(duì)齊。采用最近點(diǎn)搜索，在X上找出P上各個(gè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的最近點(diǎn)，構(gòu)成集合Y，然后計(jì)算一個(gè)新的P到Y(jié)的剛體變換。重復(fù)上述過(guò)程直到配準(zhǔn)收斂。