基于激光SLAM的3D点云配准优化方法研究

发布时间：2020-08-04 08:03

【摘要】：近年来,随着深度传感器的普及和3D扫描技术的发展,多线激光雷达传感器的扫描应用场景增加,基于多线激光雷达传感器的同步定位与地图构建(Simultaneous Localization and Mapping,SLAM)技术成为当下的研究热点。在3D激光雷达SLAM技术中,需对数据进行关联以实现位姿估计和增量式建图,而3D点云配准作为数据关联中最核心的技术,存在3D激光点云数据量大且无规则、数据密度分布不均、场景复杂且存在噪声、数据因遮挡而缺失等问题。为了提高3D激光点云配准效率,本文主要基于激光SLAM的3D点云配准优化方法进行研究,主要研究对象是3D激光点云,主要研究内容分为三个部分:3D激光点云预处理,3D激光点云特征提取和3D激光点云配准优化。针对3D激光点云预处理中的地面点分割部分,本文提出了基于二维测距图像的地面点分割方法,实验结果表明该方法具有准确且快速的地面点分割效率,可以移植到实时运行的激光SLAM算法中。在3D激光点云特征提取方面,本文研究了ISS(Intrinsic Shape Signatures)特征提取算法和Harris特征提取算法,同时提出了一种Voxel-SIFT特征提取算法,文中对比了三种算法,给出了六类不同激光扫描场景下的实验结果分析,验证了Voxel-SIFT特征提取算法的有效性。在3D激光点云配准方面,本文结合Voxel-SIFT特征提取算法,对最近邻点迭代配准算法进行了改进,提出了一种基于Voxel-SIFT特征的粗精快速点云配准的方法。该方法首先选择特征点进行粗匹配,然后采用随机采样一致性方法剔除错误匹配点并优化初始变换参数,最后基于优化后的初始变换参数,采用K维树近邻搜索法,结合最近邻点迭代配准算法完成原始点云数据的快速精确配准。通过对开源数据集以及实际采集的六个典型场景数据的测试结果表明,该方法的平均配准时间较传统ICP配准算法缩短了78%。
【学位授予单位】：南昌大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN958.98
【图文】：

第 2 章 激光同步定位与地图构建技术二维场景进行栅格地图构建的 Gmapping 开源人中应用较广；谷歌开源的 Cartographer 算法在稳定的定位与建图性能。在商业化应用型产品多家庭的标配，智能巡航安防机器人和医疗服SLAM 核心技术，这些在高科技产业园区和大型有配有高精度定位与建图算法的 3D 激光扫描品，它在三维重建、高精地图制作和无人驾驶度。

3D 点云数据的预处理是利用有效点云信息进行三维重建及辅助导础，是 3D 点云配准、3D 点云拼接环节的前提。一般的 3D 点云预括点云滤波和点云分割，本章主要从这两个方面对三维激光点云数、去噪和地物点分割进行详细阐述。D 激光点云三维激光扫描雷达传感器的工作原理是激光发射器周期性地驱动激射激光脉冲，并使用激光脉冲的飞行时间测量从目标到扫描中心的距本课题研究选取的主要实验数据采集设备为Velodyne16线激光扫描，其中 16 线是指 16 个激光发射器在竖直方向以±15°进行均匀地射，得到的三维点云数据坐标是以激光雷达中心为极点的极坐标系坐标，如图 3.1 所示。

图 3.2 室内点云降采样结果图 3.3 室外点云降采样结果.2.2 3D 点云的噪声去除三维激光点云中常存在点云密度分布不均的现象，某些区域的点云密集些区域一般所含信息量丰富可用，但有些边缘扫描区域会因为环境因素、

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 祁健诚;;基于双目SLAM的室内导航系统[J];通讯世界;2019年01期

2 吴林峰;王录涛;;图优化SLAM的嵌入式处理技术[J];成都信息工程大学学报;2019年02期

3 卢天利;;基于地面匹配的单目SLAM局部尺度恢复[J];工业控制计算机;2019年08期

4 罗润鑫;余柳平;陈梦强;黄军;邬依林;;SLAM问题中机器人定位误差分析与控制[J];科学技术创新;2019年26期

5 董蕊芳;柳长安;杨国田;程瑞营;;基于图优化的单目线特征SLAM算法[J];东南大学学报(自然科学版);2017年06期

6 蔡来良;杨望山;王姗姗;朱学练;;SLAM在室内测绘仪器研发中的应用综述[J];矿山测量;2017年04期

7 杨祥红;王希彬;;无人机主动SLAM技术研究[J];系统仿真技术;2015年04期

8 王超杰;苏中;连晓峰;赵旭;;搜救环境中的仿生蛇形机器人SLAM方法[J];计算机工程与设计;2015年08期

9 吴晓琳;宋萌;苑晶;孙凤池;陶通;;通讯范围受限条件下的多机器人主动SLAM[J];系统工程与电子技术;2012年10期

10 野舟;;SLAM-ER导弹达到两项新里程碑[J];战术导弹技术;2009年06期

相关会议论文 前10条

1 Xu Meng;Chen Zonghai;;Comparison between the Initialization of DSO and ORB-SLAM[A];第二十届中国系统仿真技术及其应用学术年会论文集（20th CCSSTA 2019）[C];2019年

2 Li Xiaohan;Wang Jikai;Chen Zonghai;;Feature Performance Analysis on Different Scenes of ORB-SLAM2 System[A];第二十届中国系统仿真技术及其应用学术年会论文集（20th CCSSTA 2019）[C];2019年

3 皮燕燕;王远明;刘为任;王兴岭;;二维场景中SLAM算法对比研究[A];2018惯性技术发展动态发展方向研讨会文集[C];2018年

4 苏丽;李恩泽;刘志林;;基于啮齿类动物神经模型的SLAM算法[A];第37届中国控制会议论文集（D）[C];2018年

5 Jing Wang;Zongying Shi;Yisheng Zhong;;Visual SLAM Incorporating Wheel Odometer for Indoor Robots[A];第36届中国控制会议论文集（D）[C];2017年

6 Adizul Ahmad;Shoudong Huang;Jianguo Jack Wang;Gamini Dissanayake;;A New State Vector for Range-Only SLAM[A];Proceedings of the 2011 Chinese Control and Decision Conference（CCDC）[C];2011年

7 ;A Hybrid SLAM method for service robots in Indoor Environment[A];中国自动化学会控制理论专业委员会B卷[C];2011年

8 ;An SLAM algorithm based on improved UKF[A];第24届中国控制与决策会议论文集[C];2012年

9 Bo He;Tao Zhang;Guijie Liu;;A New SLAM Algorithm Particle Filter-based for Autonomous Underwater Vehicle[A];proceedings of 2010 3rd International Conference on Computer and Electrical Engineering (ICCEE 2010 no.1)[C];2012年

10 Haoyin Zhou;Tao Zhang;;The combination of SfM and monocular SLAM[A];第26届中国控制与决策会议论文集[C];2014年

相关重要报纸文章 前10条

1 蒋智孚;SLAM技术将为智慧矿山带来质的飞跃[N];中国黄金报;2018年

2 中国青年报·中青在线记者 李超 通讯员 阴祥;从灾难中寻找灵感 大学生研发激光救援机器人[N];中国青年报;2017年

3 实习记者 代小佩;AR导航能成为“路痴”福音吗[N];科技日报;2018年

4 中国信息通信研究院 刘思言 苏丹;东风已至，服务机器人产业起跑[N];人民邮电;2018年

5 实习记者 崔爽;扫地机器人真能解放双手吗[N];科技日报;2018年

6 北京商报记者 金朝力;扫地机器人告别花瓶角色[N];北京商报;2019年

7 北京 刘慧;物流机器人技术趋势[N];电子报;2019年

8 肖征荣;好软件少不了它们[N];电脑报;2003年

9 记者 王官波;“AI+”为医疗养老助力[N];中国县域经济报;2019年

10 本报特约撰稿 临河;半岛趋紧张，韩国有点乱[N];中国国防报;2013年

相关博士学位论文 前10条

1 王洪玲;移动机器人适应搜救环境的同时定位和地图构建（SLAM）方法研究[D];山东大学;2018年

2 刘丹;智能车辆同时定位与建图关键技术研究[D];北京工业大学;2018年

3 陈孟元;移动机器人仿生SLAM算法研究[D];中国科学技术大学;2019年

4 张超凡;基于多目视觉与惯导融合的SLAM方法研究[D];中国科学技术大学;2019年

5 金红岩;PPRV全长基因克隆及H蛋白与SLAM受体相互作用的研究[D];中国农业科学院;2014年

6 王丹丹;水下无人潜器同步定位与地图生成方法研究[D];哈尔滨工程大学;2017年

7 苑全德;基于视觉的多机器人协作SLAM研究[D];哈尔滨工业大学;2016年

8 赵一路;人机交互环境下的主动SLAM及相关问题研究[D];复旦大学;2013年

9 刘浩敏;面向复杂环境的鲁棒高效的三维注册与结构恢复[D];浙江大学;2017年

10 康轶非;不依赖GPS定位理论及方法研究[D];北京交通大学;2015年

相关硕士学位论文 前10条

1 陈文;基于深度相机的移动机器人SLAM研究[D];重庆邮电大学;2019年

2 漆保凌;室内环境下的移动机器人视觉SLAM导航研究及系统实现[D];重庆邮电大学;2019年

3 谢tR;无人机自主导航的单目视觉SLAM技术研究[D];南京航空航天大学;2019年

4 余士超;基于RGB-D相机的视觉SLAM技术研究[D];南京航空航天大学;2019年

5 汪永生;基于结构特征的故障卫星SLAM相对导航技术研究[D];南京航空航天大学;2019年

6 漆钰晖;基于激光SLAM的3D点云配准优化方法研究[D];南昌大学;2019年

7 张停伟;基于双目视觉的三维重构算法研究[D];宁夏大学;2019年

8 丁仁杰;基于激光视觉信息的AGV即时定位与地图构建方法研究[D];哈尔滨工业大学;2019年

9 盛家豪;基于视觉SLAM的小车路径规划研究[D];哈尔滨工业大学;2019年

10 张建波;动态环境下基于语义分割的视觉SLAM方法研究[D];哈尔滨工业大学;2019年

本文编号：2780274