【正文】 北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 提供全套畢業(yè)論文，歡迎咨詢 誠信聲明 本人聲明： 本人所提交的畢業(yè)論文是本人在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下獨(dú)立完成研究，寫作的成果。論文中所引用的文獻(xiàn)、數(shù)據(jù)、資料都已經(jīng)標(biāo)注；對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式注明并表示感謝。論文中不包含他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含獲得其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料。我承諾， 論文中內(nèi)容真實(shí)，可信。 本人簽名： __________________ 日期 年 月 日 指導(dǎo)老師簽字 : 北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書 設(shè)計(jì)（論文）題目： 三維配準(zhǔn)中 FPFH 特征提取算法研究 學(xué)院： 理學(xué)院 專業(yè)： 信息與計(jì)算科學(xué) 班級(jí)： 信計(jì) 1001 學(xué)生： 指導(dǎo)教師（含職稱）： （副教授） 專業(yè)負(fù)責(zé)人： 1． 設(shè)計(jì)（論文）的主要任務(wù)及目標(biāo) 首先了解圖像配準(zhǔn)的定義，然后了解點(diǎn)特征直方圖（ PFH）和快速點(diǎn)特征直方圖（ FPFH）的三維 點(diǎn)云特征提取 算法，運(yùn)用 C/C++和 Matlab 語言 對(duì)上述特征進(jìn)行提取實(shí)現(xiàn) ，得出特征直方圖，然后進(jìn)行比較、分析，最終得出結(jié)論。 2． 設(shè)計(jì)（論文）的基本要求和內(nèi)容 （ 1） 查閱和總結(jié)文獻(xiàn)。 （ 2） 熟悉 掌握 C/C++和 Matlab 語言的使用， 熟悉對(duì) PCL 開源庫的應(yīng)用，設(shè)計(jì)方案實(shí)現(xiàn) PFH 和 FPFH 特征提取。 （ 3） 對(duì)生成結(jié)果進(jìn)行比較和分析。 3．主要參考文獻(xiàn) [1] Rusu R B, Blodow N, Beetz M. Fast point feature histograms (FPFH) for 3D registration[C]//Robotics and Automation, 2021. ICRA39。09. IEEE International Conference on. IEEE, 2021: 32123217. [2] Besl P J, McKay N D. Method for registration of 3D shapes[C]//RoboticsDL tentative. International Society for Optics and Photonics, 1992: 586606. [3] Rusu R B, Marton Z C, Blodow N, et al. Persistent point feature histograms for 3D point clouds[C]//Proc 10th Int Conf Intel Autonomous Syst (IAS10), BadenBaden, Germany. 2021: 119128. [4] 朱德海，郭浩，蘇偉 . 點(diǎn)云庫 PCL 學(xué)習(xí)教程 [M]. 北京：北京航空航天大學(xué)出版社，. 北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 4．進(jìn)度安排 設(shè)計(jì)（論文）各階段名稱 起 止 日 期 1 文獻(xiàn)查閱 2 閱讀文獻(xiàn)，翻譯外文 3 撰寫文獻(xiàn)綜述，確定論文 方向 4 分析研究問題 5 整理結(jié)論，書寫論文，準(zhǔn)備答辯 北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 三維配準(zhǔn)中 FPFH 特征提取算法研究 摘要： 三維點(diǎn)云配準(zhǔn)技術(shù)是圖像配準(zhǔn)技術(shù)在三維范疇上的延伸，它廣泛應(yīng)用在逆向工程、機(jī)器視覺、激光遙感測量、人機(jī)交互、虛擬現(xiàn)實(shí)等諸多領(lǐng)域。在三維點(diǎn)云配準(zhǔn)中，對(duì)特征的描述以及提取是基礎(chǔ)也是最為關(guān)鍵的問題。 通過對(duì)三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)的 FPFH 特征提取，比較兩個(gè)數(shù)據(jù)之間特征的相似度，來估算它們之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，最后利 用正確的對(duì)應(yīng)關(guān)系來估算剛體變換，完成配準(zhǔn)過程。 快速點(diǎn)特征直方圖（ FPFH）是一種能夠描述三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)的局部幾何特征信息的點(diǎn)特征表示方法。 本文對(duì)三種現(xiàn)有的點(diǎn)特征表示：估計(jì)法線、點(diǎn)特征直方圖 (PFH)和快速點(diǎn)特征直方圖（ FPFH）的描述以及特征提取的算法進(jìn)行了闡述，然后對(duì) FPFH 和 PFH 進(jìn)行了計(jì)算復(fù)雜度、準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性以及適用性的分析并歸納總結(jié)出 FPFH 的計(jì)算復(fù)雜度較低等等的優(yōu)勢，最后通過實(shí)驗(yàn)對(duì)部分結(jié)論進(jìn)行了驗(yàn)證。 關(guān)鍵字： 圖像配準(zhǔn) ，點(diǎn)云配準(zhǔn)， 特征提取 ， PFH 特征， FPFH 特征 北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 The Algorithm of FPFH Feature Extraction in 3D Registration Abstract:： 3D point cloud registration technology is image registration technique on 3D category, which is widely used in reverse engineering, machine vision, laser remote sensing measurement, humanputer interaction, virtual reality and many other fields. In the 3D point cloud registration field, description of the characteristics and the extraction are the foundation as well as the critical steps. 3D registration includes following steps: Through FPFH of 3D point cloud data feature extraction and parison of characteristics of similarity between two data, to estimate the corresponding relationship between them, finally correct corresponding relation is used to estimate the rigid body transformation, to plete the registration process. Fast point feature histogram (FPFH) is a way to describe threedimensional point cloud data of the point feature representation of local geometry characteristic information. In this paper, firstly, three kinds of existing point feature are provided: estimated normal, point feature histogram (PFH) and fast point feature histogram (FPFH) including feature extraction algorithms, then the FPFH and PFH putational plexity, accuracy, stability and applicability to analysis, next sum up the advantages of low putational plexity, and so on FPFH, at last some conclusions are verified by experiments. Keywords: Image registration， point cloud registration， feature extraction，PFH feature， FPFH feature 北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 目錄 前言 ........................................................1 開題報(bào)告 ....................................................2 第 1 章 圖像配準(zhǔn)簡介及點(diǎn)云配準(zhǔn) ................................7 第 節(jié) 圖像配準(zhǔn)的定義 ..................................7 第 節(jié) 圖像配準(zhǔn)中的幾何變換 ............................7 第 節(jié) 圖像配準(zhǔn)方法簡介 ................................9 第 節(jié) 點(diǎn)云配準(zhǔn) ......................................10 點(diǎn)云簡介 .......................................10 點(diǎn)云配準(zhǔn)的定義 ..................................10 點(diǎn)云配準(zhǔn)方法簡介 ................................11 第 2 章 點(diǎn)云特征的描述及提取 .................................13 第 節(jié) 法線估計(jì) ......................................13 第 節(jié) 點(diǎn)特征直方圖（ PFH） ............................14 第 節(jié) 快速點(diǎn)特征直方圖（ FPFH） .......................16 第 3 章 點(diǎn)特征提取實(shí)驗(yàn)及結(jié)果展示 .............................18 第 節(jié) 實(shí)驗(yàn)一：估計(jì)法線的提取 .........................18 第 節(jié) 實(shí)驗(yàn)二： PFH 提取 ...............................19 第 節(jié) 實(shí)驗(yàn)三： FPFH 提取 ..............................20 第 4 章 論文總結(jié)與展望 ......................................22 第 節(jié) 論文總結(jié) ......................................22 第 節(jié) 論文的展望 .....................................24 參考文獻(xiàn) ...................................................25 致謝 .......................................................27 附錄（一） .................................................28 附錄（二） .................................................33 北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 前言 圖像處理是對(duì)圖像信息進(jìn)行加工處理，以滿足人的視 覺、心理和實(shí)際應(yīng)用的要求。圖像配準(zhǔn)技術(shù)是圖像處理問題中的基礎(chǔ)，圖像配準(zhǔn)技術(shù)主要用于將兩幅或多幅來自不同時(shí)間、不同傳感器、不同視角以及不同拍攝條件下的圖片，使其進(jìn)行匹配，最終的目的在于建立兩幅圖像之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。三維點(diǎn)云 數(shù)據(jù)的 配準(zhǔn) 技術(shù)使圖像配準(zhǔn)的應(yīng)用領(lǐng)域更加的完善。 三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理技術(shù)的應(yīng)用十分廣泛，主要作用在機(jī)器人領(lǐng)域、 CAD/CAM、逆向工程領(lǐng)域、激光遙感測量領(lǐng)域、以及虛擬現(xiàn)實(shí)、人機(jī)交互領(lǐng)域 等等。在機(jī)器人領(lǐng)域中，移動(dòng)機(jī)器人對(duì)其工作環(huán)境的感知、辨識(shí)和認(rèn)知的功能都是基于三維視覺圖像的處理技術(shù)達(dá)成的。三維點(diǎn)云 配準(zhǔn)技術(shù)可以幫助機(jī)器人完成對(duì)周圍環(huán)境的完整模型的識(shí)別。在 CAD/CAM 和逆向工程領(lǐng)域中，通過逆向工程三維測繪出龐大點(diǎn)云數(shù)據(jù)后，通過點(diǎn)云配準(zhǔn)技術(shù)提取重建模型的幾何參數(shù)，獲得完整的幾何模型，對(duì)工業(yè)產(chǎn)品制造或者對(duì)幾何模型的理論研究都有著巨大幫助。 在激光遙感測量領(lǐng)域中，三維點(diǎn)云處理技術(shù)可以對(duì)測量得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行高效快速的處理，進(jìn)而獲取可以表現(xiàn)三維空間信息的完整幾何模型。在虛擬現(xiàn)實(shí)、人機(jī)交互領(lǐng)域，三維點(diǎn)云配準(zhǔn)技術(shù)可以幫助模擬周圍環(huán)境的幾何模型，使人能夠沉浸在計(jì)算機(jī)生成的虛擬環(huán)境中，建立一個(gè)適人化的多維信息空間。 點(diǎn)云數(shù) 據(jù)的點(diǎn)特征的描述與提取是三維點(diǎn)云配準(zhǔn)技術(shù)的基礎(chǔ)，也是最為關(guān)鍵的步驟。本篇論文著重介紹了點(diǎn)特征的描述以及提取的算法。具體的安排如下，第一章內(nèi)容是對(duì)圖像配準(zhǔn)技術(shù)以及三維點(diǎn)云配準(zhǔn)技術(shù)的定義和方法的簡單介紹，第二章內(nèi)容主要介紹了點(diǎn)云數(shù)據(jù)中的點(diǎn)的估計(jì)法線特征、點(diǎn)特征直方圖（ PFH）特征以及快速點(diǎn)特征直方圖（ FPFH）特征這三種 點(diǎn)特征表示方法的描述以及提