点云拼接是三维重建中非常重要的一个研究方向,经过几十年的研究,点云拼接取得了非常多的研究成果,但仍存在算法复杂度、计算时间和精度难以兼顾的问题。基于此,本文提出了一种算法简单、适用性强以及实时性好的自由视角三维点云拼接算法。本文的主要工作以及创新点如下:(1)搭建了结构光硬件系统并完成了系统的高精度标定。采用结构光加线移的编解码方式,得到高精度的单视角稠密点云;(2)研究并实现了棋盘格法、转轴法等需要额外标定物的多视角拼接方案,针对不同纹理特性的表面进行了多视角拼接实验,并对结果进行对比、分析:基于额外标定物拼接的算法复杂度低,但拼接精度受标定物的影响非常大,并且这种方法限制了待测物的测量范围,适用性差;(3)研究并实现了基于经典ICP(Iterative Closet Point)方法、基于双目立体视觉恢复空间三维匹配点对的拼接算法等无需额外标定物的拼接算法,其中ICP算法对初始位置要求高,迭代耗时久,基于双目立体视觉的方法重建匹配点对的精度低。通过分析其优缺点,提出了一种基于运动旋量的无迭代快速拼接算法,并针对不同纹理特性的表面实现了多视角快速拼接;(4)为了解决圆柱体等规则几何对象的点云拼接问题,提出了一种联合2D鲁棒检测特征和结构光3D扫描数据的高精度拼接方法,首先利用2D图像特征辅助定位结构光3D扫描点云对应的重投影特征,从而找到不同视角点云数据集中可靠的对应点云,然后基于所搜索的匹配点云实现拼接矩阵的精确估计,并完成多视角点云的拼接。实验结果证明,本文提出的非迭代拼接算法,拼接的均方根误差在0.4mm以下,具有高效、可靠和鲁棒性强的特点。