基于二維激光數(shù)據(jù)對(duì)準(zhǔn)的三維場(chǎng)景重構(gòu).pdf

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

2、不規(guī)則的扭曲和跳變。針對(duì)上述問(wèn)題，本文對(duì)傳感器的測(cè)量數(shù)據(jù)建立了概率模型，同時(shí)依據(jù)目標(biāo)環(huán)境特點(diǎn)建立了基于點(diǎn)云的局部空間平滑模型，并根據(jù)極大似然估計(jì)的思想，將點(diǎn)云對(duì)齊問(wèn)題轉(zhuǎn)換為針對(duì)系統(tǒng)最優(yōu)位姿參數(shù)估計(jì)的優(yōu)化問(wèn)題。通過(guò)迭代計(jì)算方法可完成目標(biāo)函數(shù)的求解，從而得到更加準(zhǔn)確的系統(tǒng)位姿，實(shí)現(xiàn)了多傳感器數(shù)據(jù)融合以及對(duì)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(cè)距儀、姿態(tài)測(cè)量單元、GPS以及光流模

3、塊組成，分別完成實(shí)時(shí)的點(diǎn)云掃描、姿態(tài)測(cè)量、位置測(cè)量以及速度估計(jì)的功能，并由便攜式計(jì)算機(jī)完成所有數(shù)據(jù)的序列化存儲(chǔ)。為了驗(yàn)證數(shù)據(jù)對(duì)準(zhǔn)算法的有效性，本文對(duì)室內(nèi)外多個(gè)結(jié)構(gòu)化與半結(jié)構(gòu)化環(huán)境進(jìn)行了三維重構(gòu)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果及對(duì)比分析表明，本文所提算法能夠正確校正因傳感器測(cè)量噪聲而產(chǎn)生的重構(gòu)誤差。與定點(diǎn)掃描的三維場(chǎng)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(yùn)動(dòng)的過(guò)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(yīng)用中以手持或多旋翼飛機(jī)掛載等方