基于特征保持的几何模型去噪研究

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几何模型去噪是三维几何处理领域的一个基础问题,其目的是从输入的噪声模型中恢复或者重建出高质量的三维几何模型。去噪后的几何模型可被应用到几何处理、计算机动画和渲染等领域。随着各种各样的扫描设备尤其是消费者级别的深度传感器的出现,几何模型去噪方法的鲁棒性和计算效率变得越来越重要。几何模型去噪面临的主要技术挑战是:(1)鲁棒地去除噪声的同时保持几何特征;(2)计算效率。  近年来,相关研究人员在几何模型去噪领域取得了引人注目的成果。然而,这些先进的去噪方法依旧面临着上述技术挑战。当处理带噪声的几何模型时,这些技术挑战极大地限制了这些先进方法的鲁棒性和计算效率。本文首先深入地分析了当前先进的几何模型去噪方法所面临的具体挑战,进而提出了几种鲁棒或高效的去噪方法。本文中的几何模型包括网格和点云两种类型。  本文的主要贡献是:  提出了一种基于特征感知且保持几何特征的网格去噪方法。该方法包含初始化估测、特征点操作和顶点更新三个阶段。首先,初始化估测是根据输入的噪声模型产生一个改善后的网格。其次,特征点操作是在初始化估测出来的网格上进行的。该阶段包含特征点探测、特征点识别和特征点连接。最后,为了对顶点进行更新,本文设计了一种基于特征感知的顶点更新算法。  提出了一种鲁棒的基于顶点预过滤和法线平滑的网格去噪方法。此方法包括顶点预过滤、L1-median法线平滑和顶点更新三个步骤。顶点预过滤采用一种几何特征保持的方式对输入模型的噪声进行降低,并为接下来的步骤提供了一个良好的初始化网格。第二步是用L1-median法线平滑算法对面法线进行平滑。最后,本文用一种已有的算法对顶点进行更新。  提出了一种高效且保持特征的网格去噪方法。该方法包含初始顶点过滤、法线估测和顶点更新三个步骤。初始顶点过滤是根据输入的噪声网格获得一个初始网格。其次,本文用一种非标准化的双边过滤器平滑面法线,接着用一种准确的策略计算顶点法线。最后基于得到的面和顶点法线,本文用一种高效的方法对顶点进行更新。  提出了一种基于高斯混合模型的投射方法,用于几何特征保持的点云去噪。通过引入法线信息,该各向异性的投射方法在对带噪声点云去噪时是鲁棒且有效的。给定一个带噪声的点云及其过滤后法线,该投射方法能够鲁棒地产生一个相对应的无噪声点云,并能够自动地保持几何特征。
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