基于二維激光數(shù)據(jù)對準的三維場景重構(gòu).pdf

1、小型多旋翼飛行器的出現(xiàn)開啟了機器人領(lǐng)域研究的一個新方向。但是受限于系統(tǒng)有限的載荷和續(xù)航時間，無法將傳統(tǒng)的三維激光測距系統(tǒng)直接裝配到飛行器上來完成三維場景重構(gòu)任務。為了克服上述問題，僅利用小型二維激光測距儀來實現(xiàn)三維場景的高效重構(gòu)成為該領(lǐng)域的研究熱點。
　　本文提出了一種基于序列二維激光數(shù)據(jù)對準的三維場景重構(gòu)方法，并進行了完整的系統(tǒng)建模與優(yōu)化求解。由于系統(tǒng)中每個傳感器的測量都帶有誤差或噪聲，所以基于原始測量數(shù)據(jù)的初始場景重構(gòu)結(jié)果存在

2、不規(guī)則的扭曲和跳變。針對上述問題，本文對傳感器的測量數(shù)據(jù)建立了概率模型，同時依據(jù)目標環(huán)境特點建立了基于點云的局部空間平滑模型，并根據(jù)極大似然估計的思想，將點云對齊問題轉(zhuǎn)換為針對系統(tǒng)最優(yōu)位姿參數(shù)估計的優(yōu)化問題。通過迭代計算方法可完成目標函數(shù)的求解，從而得到更加準確的系統(tǒng)位姿，實現(xiàn)了多傳感器數(shù)據(jù)融合以及對初始重構(gòu)誤差的有效校正。在理論方法研究的基礎(chǔ)上，本文構(gòu)建了一套便攜式的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。該系統(tǒng)由二維激光測距儀、姿態(tài)測量單元、GPS以及光流模

3、塊組成，分別完成實時的點云掃描、姿態(tài)測量、位置測量以及速度估計的功能，并由便攜式計算機完成所有數(shù)據(jù)的序列化存儲。為了驗證數(shù)據(jù)對準算法的有效性，本文對室內(nèi)外多個結(jié)構(gòu)化與半結(jié)構(gòu)化環(huán)境進行了三維重構(gòu)實驗。實驗結(jié)果及對比分析表明，本文所提算法能夠正確校正因傳感器測量噪聲而產(chǎn)生的重構(gòu)誤差。與定點掃描的三維場景重構(gòu)系統(tǒng)相比較，本文構(gòu)建的系統(tǒng)能夠在連續(xù)運動的過程中完成數(shù)據(jù)采集，提高了系統(tǒng)工作效率和靈活性，并且該系統(tǒng)可在應用中以手持或多旋翼飛機掛載等方