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移动机器人基于激光测距的三维场景重构

作　者: 叶迪
导　师: 庄严
学　校: 大连理工大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 最近点迭代特征提取数据精简三维场景匹配三维场景重构
分类号: TP242
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 256次
引　用: 1次
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内容摘要

移动机器人对其工作环境的有效辨识、感知与重构是其自主导航与环境探索的前提条件和基础。非结构化环境与结构化环境相比具有不确定性、不稳定性和不可预知性等特性。本文基于装备有激光测距仪的移动机器人系统,对激光数据获取、场景匹配、重构策略等问题展开理论和应用研究,旨在实现快速、有效、自主的非结构化三维场景重构,并尝试创新性的探索与研究。本文首先介绍了具有三维场景感知能力的移动机器人系统,其中包括三维激光测距系统以及自主移动机器人系统。采用模块化思想自主设计和开发了三维场景重构软件,实现了三维场景的在线显示与实时重构,验证了场景匹配与重构算法的有效性与实时性。针对不同视点下的场景两两匹配问题,采用基于线段端点的最近点迭代算法来解决。首先利用激光点云数据的有序性,采用距离比较法简单快速的提取线段特征。由于线段端点能在一定程度上表征场景的关键信息,本文采用基于线段端点的最近点迭代算法实现场景匹配。对匹配对的选取做进一步的限制来剔除误匹配,从而提高场景匹配的准确性。通过在实验室环境里完成的一系列实验,验证本文所提场景匹配算法的有效性和自主性。多场景的匹配策略影响着场景重构的效果和精度。本文通过分析场景之间的拓扑关系,提出基于核心场景的大范围三维场景重构策略。对于相邻场景重合区域的数据冗余问题,采用栅格划分的方法来进行数据精简。在走廊环境里做了一系列实验,采用不同策略实现大范围三维场景重构,通过对重构结果的分析与比较,验证了本文所提方法的优越性和实用性。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
1 绪论  8-15
  1.1 研究背景  8-10
  1.2 国内外研究现状  10-12
  1.3 基于激光测距的场景重构关键技术  12-14
  1.4 本文主要工作内容与安排  14-15
2 具有三维场景感知能力的移动机器人系统  15-23
  2.1 三维激光测距系统  15-17
  2.2 自主移动机器人系统  17-18
    2.2.1 里程计  18
    2.2.2 视觉传感器  18
  2.3 三维场景重构软件  18-23
    2.3.1 三维场景重构软件的功能要求  19
    2.3.2 三维场景重构软件的模块化设计  19-23
3 基于线段端点的三维场景自主匹配  23-41
  3.1 场景匹配概述  23-26
    3.1.1 场景匹配的概念和意义  23-24
    3.1.2 基于ICP算法的场景匹配  24-26
  3.2 三维场景线段特征提取  26-29
    3.2.1 线段特征提取方法  26-27
    3.2.2 线段特征提取实验结果  27-29
  3.3 基于线段端点的三维场景自主匹配  29-37
    3.3.1 基于里程计的初步校准  30-31
    3.3.2 匹配对的获取以及KD TREE加速  31-33
    3.3.3 误匹配点对的剔除  33-35
    3.3.4 变换矩阵的计算以及迭代终止的判断  35-37
  3.4 实验结果与数据分析  37-41
4 大范围三维场景重构  41-52
  4.1 基于核心场景的重构策略  41-43
  4.2 重合区域的数据精简  43-44
  4.3 大范围三维场景重构  44-46
  4.4 实验结果与数据分析  46-52
结论  52-54
参考文献  54-58
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  58
课题资助情况  58-59
致谢  59-60

移动机器人基于激光测距的三维场景重构

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