展开菜单
首页 精品内容 本月促销 装机必备 Windows PDF教程 macOS软件 IOS软件 Android AI 专题
全部分类

当前位置:

首页 > 业界资讯 > 3D视觉绕不开的点云配准!一文搞懂所有主流方案与挑战

3D视觉绕不开的点云配准!一文搞懂所有主流方案与挑战

3dmax(3ds max)
3dmax(3ds max)

Autodesk 3ds Max 是一款专业的三维建模、动画与渲染软件,广泛应用于建筑可视化、游戏开发、影视动画、广告设计和产品展示等领域。

Windows 2026-09-28
3DMAX 3DMAX教程 3ds Max
立即下载

作为点集合的点云有望通过3D重建、工业检测和机器人操作中,在获取和生成物体的三维(3D)表面信息方面带来一场改变。最具挑战性但必不可少的过程是点云配准,即获得一个空间变换,该变换将在两个不同坐标中获得的两个点云对齐并匹配。这篇综述介绍了点云配准的概述和基本原理,对各种方法进行了系统的分类和比较,并解决了点云配准中存在的技术问题,试图为该领域以外的学术研究人员和工程师提供指导,并促进对点云配准统一愿景的讨论。点云获取的一般方式分为主动和被动方式,由传感器主动获取的点云为主动方式,后期通过重建的方式为被动。从

作为点集合的点云有望通过3D重建、工业检测和机器人操作中,在获取和生成物体的三维(3D)表面信息方面带来一场改变。最具挑战性但必不可少的过程是点云配准,即获得一个空间变换,该变换将在两个不同坐标中获得的两个点云对齐并匹配。这篇综述介绍了点云配准的概述和基本原理,对各种方法进行了系统的分类和比较,并解决了点云配准中存在的技术问题,试图为该领域以外的学术研究人员和工程师提供指导,并促进对点云配准统一愿景的讨论。

点云获取的一般方式

分为主动和被动方式,由传感器主动获取的点云为主动方式,后期通过重建的方式为被动。

3D视觉绕不开的点云配准!一文搞懂所有主流方案与挑战

从SFM到MVS的密集重建。(a)SFM。(b)SfM生成的点云示例。(c)PMVS算法流程图,一种基于patch的多视角立体算法。(d)PMVS生成的密集点云示例。

3D视觉绕不开的点云配准!一文搞懂所有主流方案与挑战

结构光重建方法:

3D视觉绕不开的点云配准!一文搞懂所有主流方案与挑战

刚性配准和非刚性配准

在一个环境中,变换可以分解为旋转和平移,在适当的刚性变换后,一个点云被映射到另一点云,同时保持相同的形状和大小。

在非刚性配准中,建立非刚性变换以将扫描数据wrap到目标点云。非刚性变换包含反射、旋转、缩放和平移,而不是刚性配准中仅包含平移和旋转。非刚性配准的使用主要有两个原因:(1) 数据采集的非线性和校准误差会导致刚性物体扫描的低频扭曲;(2) 对随着时间改变其形状和移动场景或目标执行配准。

3D视觉绕不开的点云配准!一文搞懂所有主流方案与挑战

刚性配准的示例:(a)两个点云:读取点云(绿色)和参考点云(红色);在不使用(b)和使用(c)刚性配准算法的情况下,点云融合到公共坐标系中。

3D视觉绕不开的点云配准!一文搞懂所有主流方案与挑战3D视觉绕不开的点云配准!一文搞懂所有主流方案与挑战

然而,点云配准的性能被Variant Overlap、噪声和异常值、高计算成本、配准成功的各种指标受限。

配准的方法有哪些?

在过去的几十年里,人们提出了越来越多的点云配准方法,从经典的ICP算法到与深度学习技术相结合的解决方案。

1)ICP方案

ICP算法是一种迭代算法,可以在理想条件下确保配准的准确性、收敛速度和稳定性。从某种意义上说,ICP可以被视为期望最大化(EM)问题,因此它基于对应关系计算和更新新的变换,然后应用于读取数据,直到误差度量收敛。然而,这不能保证ICP达到全局最优,ICP算法可以大致分为四个步骤:如下图所示,点选择、点匹配、点拒绝和误差度量最小化。

3D视觉绕不开的点云配准!一文搞懂所有主流方案与挑战3D视觉绕不开的点云配准!一文搞懂所有主流方案与挑战

2)基于特征的方法

正如我们在基于ICP的算法中所看到的,在变换估计之前,建立对应关系是至关重要的。如果我们获得描述两个点云之间正确关系的适当对应关系,则可以保证最终结果。因此,我们可以在扫描目标上粘贴地标,或者在后处理中手动拾取等效点对,以计算感兴趣点(拾取点)的变换,这种变换最终可以应用于读取点云。如图12(c)所示,点云加载在同一坐标系中,并绘制成不同的颜色。图12(a)和12(b)显示了在不同视点捕获的两个点云,分别从参考数据和读取数据中选择点对,配准结果如图12(d)所示。然而,这些方法对不能附着地标的测量对象既不友好,也不能应用于需要自动配准的应用。同时,为了最小化对应关系的搜索空间,并避免在基于ICP的算法中假设初始变换,引入了基于特征的配准,其中提取了研究人员设计的关键点。通常,关键点检测和对应关系建立是该方法的主要步骤。

3D视觉绕不开的点云配准!一文搞懂所有主流方案与挑战

关键点提取的常用方法包括PFH、SHOT等,设计一种算法来去除异常值和有效地基于inliers的估计变换同样很重要。

3)基于学习的方法

在使用点云作为输入的应用程序中,估计特征描述符的传统策略在很大程度上依赖于点云中目标的独特几何特性。然而,现实世界的数据往往因目标而异,可能包含平面、异常值和噪声。此外,去除的失配通常包含有用的信息,可以用于学习。基于学习的技术可以适用于对语义信息进行编码,并且可以在特定任务中推广。大多数与机器学习技术集成的配准策略比经典方法更快、更稳健,并灵活地扩展到其他任务,如物体姿态估计和物体分类。同样,基于学习的点云配准的一个关键挑战是如何提取对点云的空间变化不变、对噪声和异常值更具鲁棒性的特征。

基于学习的方法代表作为:PointNet 、PointNet++ 、PCRNet  、Deep Global Registration 、Deep Closest Point、Partial Registration Network 、Robust Point Matching 、PointNetLK 、3DRegNet。

4)具有概率密度函数的方法

基于概率密度函数(PDF)的点云配准,使得使用统计模型进行配准是一个研究得很好的问题,该方法的关键思想是用特定的概率密度函数表示数据,如高斯混合模型(GMM)和正态分布(ND)。配准任务被重新表述为对齐两个相应分布的问题,然后是测量和最小化它们之间的统计差异的目标函数。同时,由于PDF的表示,点云可以被视为一个分布,而不是许多单独的点,因此它避免了对对应关系的估计,并具有良好的抗噪声性能,但通常比基于ICP的方法慢。

5)其它方法

Fast Global Registration  。快速全局配准(FGR)为点云配准提供了一种无需初始化的快速策略。具体来说,FGR对覆盖的表面的候选匹配进行操作并且不执行对应关系更新或最近点查询,该方法的特殊之处在于,可以直接通过在表面上密集定义的鲁棒目标的单个优化来产生联合配准。然而,现有的解决点云配准的方法通常在两个点云之间产生候选或多个对应关系,然后计算和更新全局结果。此外,在快速全局配准中,在优化中会立即建立对应关系,并且不会在以下步骤中再次进行估计。因此,避免了昂贵的最近邻查找,以保持低的计算成本。结果,迭代步骤中用于每个对应关系的线性处理和用于姿态估计的线性系统是有效的。FGR在多个数据集上进行评估,如UWA基准和Stanford Bunny,与点对点和点顶线的ICP以及Go ICP等ICP变体进行比较。实验表明FGR在存在噪声的情况下表现出色!

3D视觉绕不开的点云配准!一文搞懂所有主流方案与挑战

四点一致集算法:4点全等集(4PCS)提供了用于读取数据的初始变换,而不需要起始位置假设。通常,两点云之间的刚性配准变换可以由一对三元组唯一定义,其中一个来自参考数据,另一个来自读取数据。然而,在这种方法中,它通过在小的潜在集合中搜索来寻找特殊的 4-points bases,即每个点云中的4共面全等点,如图27所示。在最大公共点集(LCP)问题中求解最佳刚性变换。当成对点云的重叠率较低并且存在异常值时,该算法实现了接近的性能。为了适应不同的应用,许多研究人员介绍了与经典4PCS解决方案相关的更重要的工作。

3D视觉绕不开的点云配准!一文搞懂所有主流方案与挑战

本站声明:本文内容由网友自发贡献,版权归原作者所有,本站不承担相应法律责任。如您发现有涉嫌抄袭侵权的内容,请联系bd@zhengruan.com
作者最新文章
业界资讯 3D
上一篇: PHP技巧:一行代码实现将数字转为中文大写
下一篇: coreldraw怎么调节图片大小_coreldraw调节图片大小教程
相关文章 更多
精品专题 更多
装机必备

正软商城装机必备专区,精选办公、浏览器、安全防护、影音播放、压缩解压、设计创作和系统工具等电脑常用正版软件,帮助用户快速完成新电脑软件配置。

Windows

正软商城Windows软件专区,汇集适用于Windows电脑的办公、设计、安全防护、影音播放、开发工具和系统优化软件,提供软件介绍、系统要求、正版授权及购买下载服务。

PDF教程

正软商城PDF教程频道提供PDF编辑、转换、合并、拆分、压缩及格式处理方法,同时介绍常用PDF软件和工具的使用技巧。

macOS软件

正软商城macOS软件专区,精选适用于Mac电脑的办公、设计、影音、效率、开发和系统工具,提供软件功能介绍、macOS兼容版本、正版授权及购买下载服务。

IOS软件

正软商城iOS软件专区,精选适用于iPhone和iPad的办公、学习、影音、设计、效率及AI应用,提供功能介绍、适用设备、系统要求和正版获取方式等信息。

AI

正软商城AI软件专区,汇集AI写作、AI绘画、AI视频、AI办公、AI编程、AI翻译、智能客服和数据分析等人工智能工具,提供功能介绍、适用平台、收费方式及正版购买信息。

Mac软件 更多
WPS Office macOS版
WPS Office macOS版

WPS Office是一款面向macOS用户的综合办公套件,将文字处理、电子表格、演示文稿、PDF工具、模板与云协作整合在同一应用中。它兼容常见Microsoft Office格式,支持Intel及Apple芯片Mac,基础功能可免费使用,

Shapr3D macOS版
Shapr3D macOS版

Shapr3D是一款面向工业设计、机械工程、建筑概念和三维打印工作流的CAD软件。Mac版采用Parasolid建模内核,支持草图约束、实体建模、工程图、可视化渲染及常见CAD格式交换,并可通过账户在多台设备之间同步项目。

REAPER macOS版
REAPER macOS版

REAPER是Cockos开发的数字音频工作站,提供多轨音频与MIDI录制、剪辑、处理、混音和母带制作工具。Mac版兼容Intel与Apple芯片,支持AU、VST、VST3、CLAP等插件格式,并提供高度可定制的工作流程。

Ableton Live macOS版
Ableton Live macOS版

Ableton Live 是面向音乐制作人与现场表演者的数字音频工作站,提供编曲视图、独具特色的现场视图、音频录制、MIDI创作、实时变速、乐器及效果器。Mac版原生支持Apple芯片,并可连接音频接口、MIDI控制器和第三方插件。

Adobe After Effects macOS版
Adobe After Effects macOS版

Adobe After Effects 是面向动态图形、影视特效与视频合成的专业创作软件。它提供关键帧动画、遮罩抠像、运动跟踪、三维空间、文字动画和表达式等工具,并可与 Premiere Pro、Photoshop、Illustrator

Adobe Audition macOS版
Adobe Audition macOS版

Adobe Audition 是面向播客、影视后期、音乐制作及内容创作者的专业音频工作站,提供波形精修、多轨录制与混音、频谱编辑、降噪修复、响度匹配和效果处理工具,并可与 Adobe Premiere 协同完成视频声音制作。

Adobe Bridge macOS版
Adobe Bridge macOS版

Adobe Bridge 是面向摄影师、设计师及内容团队的免费数字资产管理工具,可集中预览照片、视频和 Adobe 项目文件,并利用评级、标签、关键词、元数据、筛选与收藏集完成分类检索。它还支持批量重命名、格式导出、相机导入及 Camera

Adobe Illustrator macOS版
Adobe Illustrator macOS版

Adobe Illustrator 是 Adobe 推出的专业矢量图形设计软件,适合在 Mac 上制作标志、图标、插画、包装、信息图及印刷版面。它以路径和锚点构建可无损缩放的图形,并提供钢笔、形状、文字、图像描摹、渐变、画板及生成式功能。

Adobe InDesign macOS版
Adobe InDesign macOS版

Adobe InDesign 是面向印刷品与数字出版物的专业版面设计软件,可在 Mac 上制作书籍、杂志、宣传册、海报、报告及交互式文档。它提供精细的文字样式、网格、母版、长文档管理和印前输出能力。

Adobe Lightroom Classic macOS版
Adobe Lightroom Classic macOS版

Adobe Lightroom Classic 是面向桌面摄影工作流的照片管理与后期处理软件,可将原始照片保存在本地硬盘,通过目录、关键词、评分和收藏夹高效整理图库,并提供 RAW 冲印、蒙版、镜头校正、批量同步及多格式导出等功能。

Adobe Media Encoder macOS版
Adobe Media Encoder macOS版

Adobe Media Encoder 是 Adobe 推出的专业音视频编码与转码工具,可通过队列、预设和监视文件夹批量完成格式转换、代理文件创建及多平台成片输出,并与 Premiere Pro、After Effects 等软件紧密协作。

Adobe Photoshop macOS版
Adobe Photoshop macOS版

Adobe Photoshop 是面向摄影师、设计师和内容创作者的专业图像处理软件,提供图层、蒙版、选区、修复、调色、文字排版、智能对象及生成式编辑等能力。Mac 版支持 Intel 与 Apple Silicon 处理器。

WINDOWS 更多
JetBrains WebStorm Windows版
JetBrains WebStorm Windows版

WebStorm 是 JetBrains 面向 JavaScript、TypeScript 和现代 Web 技术打造的集成开发环境。它提供项目级代码分析、智能补全、安全重构、导航搜索,并集成调试、测试、终端、Git 与常用前端工具,

3dmax(3ds max)
3dmax(3ds max)

Autodesk 3ds Max 是一款专业的三维建模、动画与渲染软件,广泛应用于建筑可视化、游戏开发、影视动画、广告设计和产品展示等领域。

photoshop
photoshop

Photoshop 2026 是 Adobe 推出的专业图像处理与视觉设计软件,支持 Windows、macOS 和 iPad 等平台,广泛应用于摄影修图、电商设计、平面海报、数字绘画及视觉合成等创作场景。

Blender
Blender

Blender 是一款免费开源、跨平台的专业 3D 创作软件,集建模、动画、渲染、视频编辑与视觉合成等功能于一体,广泛应用于影视动画、游戏设计和建筑可视化等领域。软件支持 Cycles 物理渲染器与 Eevee 实时渲染引擎,并提供多边形建模、骨骼绑定、物理模拟等专业工具。Blender 兼容 Windows、macOS 和 Linux 系统,安装包轻巧、运行流畅,依托活跃的全球开发者社区持续更新,是从初学者到专业创作者都值得选择的正版 3D 创作工具。

Windows 10
Windows 10

Windows 10 是一款微软推出的经典操作系统,拥有硬件兼容性与多任务处理能力。它更偏向把系统状态查看和常用调节动作放在一起,适合需要持续观察和微调设备状态的场景。

极度公式
极度公式

极度公式是一款跨平台专业LaTeX公式识别编辑软件,支持OCR公式识别和多平台编辑。和使用说明,避免使用,享受完整功能与稳定支持。做扫描整理、文字提取和表格转换时,它能把识别后的处理步骤接得更顺,资料录入这类场景会省下不少时间。

密码键盘
密码键盘

密码键盘是一款兼具安全性与便捷性的高效密码管理器。日常使用里的持续防护和信息管理会更突出,适合把安全控制放进长期使用流程中的场景。

思源笔记
思源笔记

思源笔记是一款本地笔记软件,提供所见即所得的编辑方式,为长文写作带来顺滑的体验。记录、整理和输出之间的过渡会更自然,适合长期写作、做笔记或持续沉淀个人内容。

傲梅轻松备份
傲梅轻松备份

傲梅轻松备份是一款专业易用的数据备份软件,为重要数据提供安全保障。日常使用里的持续防护和信息管理会更突出,适合把安全控制放进长期使用流程中的场景。

Office 365简体中文
Office 365简体中文

一款文字处理软件,一种订阅式的跨平台办公软件,基于云平台提供多种服务,通过将 Excel 和 Outlook 等应用与 OneDrive 和 Microsoft Teams 等强大的云服务相结合,Office 365 可让任何人使用任何设备随时随地创建和共享内容。

Wise Folder Hider Pro
Wise Folder Hider Pro

Wise Folder Hider Pro 是一款专业级文件和文件夹隐藏加密软件,为私密数据添加多重保护。高频操作更强调就近处理,浏览、整理和跨目录移动文件时,来回切换和重复点击都会少很多。

WALTR PRO
WALTR PRO

WALTR是一款电脑至iOS文件传输转换工具,操作简单,快速实现文件识别与传送。做扫描整理、文字提取和表格转换时,它能把识别后的处理步骤接得更顺,资料录入这类场景会省下不少时间。

即将离开本站
您即将前往第三方网站,请确认是否继续?