用于自主车导航的快速室内地图构建方法

介绍了一种基于分段直线拟合和栅格划分去噪相结合的快速室内地图构建方法。当自主车获取的二维激光数据无法为导航提供依据时,自主车停止运动,并对环境进行三维扫描。利用LMS的线状点云作为初始输入,用曲率对点云分段,最后用MLS直线拟合对曲线的点云数据进行平滑处理。数据采集完成后,利用云台的俯仰角度数据,将所有输入的线状数据还原到三维场景产生环境三维模型,使用栅格划分方法对模型进行划分,删除点数量不足的栅格,最终生成基于环境特征的局部地图供自主车导航使用。该方法建模速度快,能够满足自主车导航中对环境感知的需求。     

基于三维激光雷达的无人船障碍物自适应栅格表达方法

针对无人船(USV)海上近距离实时性避碰检测的需求,提出一种基于三维激光雷达的USV障碍物自适应栅格表达方法。根据USV周边环境障碍物的激光雷达点云分布,建立障碍物密集度和障碍物表达时间与栅格地图分辨率之间的函数关系,自适应确定适中的地图分辨率,构建栅格地图;对三维激光雷达点云数据进行降维处理,将三维激光雷达点云投影到栅格地图,减小数据量,提高障碍物检测效率。利用三维激光雷达开展方法验证性实验,获取了三种不同障碍物场景的激光雷达点云数据。处理结果显示:环境中障碍物数量越多,获得的期望栅格地图分辨率越高,障碍物表达更精细;反之,障碍物数量越少,获得的期望栅格地图分辨率越低,障碍物表达更快速,可实现障碍物自适应栅格表达。所建立的方法可为后续USV局部避碰路径规划研究提供支撑。     

面向室内动态场景的VSLAM

传统VSLAM算法基于静态场景实现,其在室内动态场景下定位精度退化,三维稀疏点云地图也会出现动态特征点误匹配等问题.文中在ORB-SLAM2框架上进行改进,结合Mask R-CNN进行图像的语义分割,剔除位于动态物体上的动态特征点,优化了相机位姿,得到了静态的三维稀疏点云地图.在公开的TUM数据集上的实验结果表明,结合...     

基于ROS与三维点云图像的室内物体精准定位

考虑到ROS SLAM构建的地图只能描述环境的二维信息,三维点云图像只能描述物体独立的三维信息等特点,本文融合了ROS SLAM的Gmapping算法构建的室内二维地图与物体的三维点云图像信息,提出了一种复合坐标定位系统。首先对不同室内进行分类,进行一维坐标的标定,其次通过对Gmapping算法构建好的地图等进行二三维坐标标定,再结合空间信息构成外部坐标系φ,最后通过对采集到的物体三维点云坐标进行仿射运算获得物体基于外部坐标三维坐标,结合一维坐标,对物体进行复合四维坐标定位。整个定位实验数据表明,物体室内的位置平均测量误差只有4.2cm,其定位精度比起常见的超声波与红外线定位系统提高6.7%,比基于蓝牙角度测量的定位系统定位精度提高20%,比超宽带定位系统提高72%。物体定位误差小,定位精准。     

基于深度相机的小型无人机室内三维地图构建

为了解决小型无人机在室内光线不足情况下的避障以及路径规划问题,设计了一种基于深度相机的无人机室内地图构建系统。文中使用Pixhawk控制板和低成本嵌入式结构光深度相机硬件平台,为避障以及路径规划目标提供室内环境信息。采用反传感器模型算法,利用深度相机和位姿传感器提供的信息来筛选处理出有效的障碍物信息,并构建室内的三维地图,其中深度相机通过激光扫描的方式来获取障碍物点云的描述信息,利用位姿传感器获取无人机的高度信息。实验结果表明,使用该系统能够快速获取室内地图,对障碍物的判断准确率比较高,且不受光线影响,可以广泛应用于无人机的室内导航,实现不依赖外部光源的室内无人机地图构建系统。     

基于三维视觉的室内设计虚拟现实方法研究

针对传统基于辐射度算法的室内场景三维虚拟现实方法存在耗时高、建模效果差的弊端,研究基于三维视觉的室内设计虚拟现实方法,采用主动式、全方位立体视觉传感器采集室内场景的三维点云数据,基于点云数据进行室内场景内的物体几何关系以及摆放位置分布,完成室内三维场景的自主合成,对物体摆放位置分布实施训练,通过三维场景点云数据集获取相同类型支撑物中物体产生的位置,对数据实施归一化操作,采用高斯混合模型拟合这些数据,训练出三维室内场景中物件在支撑面中的位置分布模型。采用基于深度信息场景重构方法实现室内三维场景的虚拟实现。实验结果说明,所提方法重构的室内场景直观、视觉效果好,并且具有较高的重构效率和精度。     

面向家庭环境的移动机器人自主导航系统

移动机器人在家庭环境下使用传统A*算法规划经过门的路线时,存在因规划的路径靠近障碍物而导致定位失败的问题.针对该问题,设计一种面向家庭环境的自主导航系统,并提出基于栅格-拓扑混合地图的SHS(Segmented Hybrid Search,SHS)路径规划方法.首先,在已建立的栅格地图上选取拓扑点构建栅格-拓扑混合地图;其次,通过Dijkstra算法搜索先验安全航路点序列,将航路点视为局部目标节点;最后,采用A*算法实现分段路径搜索.实验结果表明,在较复杂的家庭环境中,所提的算法能快速规划通过门的安全无碰撞路径.     

基于点云簇组合特征的激光雷达地面分割方法

针对三维激光雷达在地面分割过程中存在分割不足和过分割的问题,提出一种基于点云簇组合特征的激光雷达地面分割方法。首先将三维点云投影到扇形栅格中进行连通域聚类,将梯度相差较小的栅格聚为一类。然后根据路面点云符合平面和直线几何特征的特点,对每一簇进行特征值计算以挑选路面栅格簇的候选簇,接着对其进行径向方向上的梯度检查以剔除误判栅格。最后使用三次B样条曲线进行平滑拟合,实现地面点与非地面点的分割。在不同路面状况的场景中对所提方法进行验证。实验结果表明,所提方法在含有多障碍物路面的准确率为97.50%,计算时间为27ms,说明所提方法的地面提取准确率更高,路面适应性更强。     

基于虚拟现实的移动机器人真实环境三维建模系统

传统的虚拟现实（VR）技术通过人为建模的方式生成室内三维地图模型，存在速度慢、模型与现实物体尺度之间存在偏差的问题。鉴于此，提出基于VR的移动机器人的真实环境三维建模系统。首先通过视觉同时定位与建图（SLAM）技术快速地获取室内的高精度稠密三维点云地图；其次将三维点云通过曲面重建算法重建为室内三维模型并导入到unity 3D中；然后借助VR设备将室内三维模型置于三维立体的虚拟环境中；最后通过视觉SLAM技术实现移动机器人在室内环境的重定位，实时映射机器人在模型中的位姿，完成交互。利用视觉SLAM技术构建三维地图模型不仅快速，解决了场景尺度偏差的问题，且实现地图的重复使用。同时VR技术也使操作人员可以获得强烈的沉浸感，从而更好地理解机器人的工作环境。     

基于激光雷达的室内玻璃三维重建算法

针对激光雷达在室内地图重建过程中,扫描不到透明玻璃的问题,文章提出了一种玻璃检测三维重建算法,实现了三维地图中玻璃的重建。该方法将三维激光雷达扫描的点云经过点云滤波、分割、聚类以及运动匹配,提取出感兴趣的透明玻璃上的点云,从而识别出室内场景中的透明玻璃。实验结果显示,该算法能有效地使用激光雷达数据检测玻璃并进行三维地图重建。     

基于激光雷达和特征地图的车辆智能定位研究

针对激光雷达采集行驶车辆的三维点云数据中包含过多畸变数据，影响车辆定位效果的问题，本文研究一种基于激光雷达和特征地图的车辆智能定位方法。激光雷达利用基于飞行时间的激光测距法，采集车辆及其行驶环境的三维激光点云数据，去除激光点云数据中的畸变数据。利用正态分布变换方法，优化删除畸变数据的点云集的正态分布概率值，配准三维激光点云数据。从完成配准后的三维激光点云数据中，提取柱状物体的圆形特征，构建车辆行驶的自然柱状特征地图。利用卡尔曼滤波算法，结合自然柱状特征地图信息，实现高精度的车辆智能定位。实验结果证明：该方法可以精准定位车辆目标，车辆智能定位精度较高，最高可达到97%,定位效率较好，最短可在5 s时间内完成定位，具有一定应用价值。     

基于激光投射的室内视觉导航地图创建方法

针对基于图像分割的室内视觉导航地图创建方法存在无法准确获取导航地图等问题,提出一种利用激光投射的创建方法。在室内天花板上安装激光发射装置,通过激光光斑在图像中实际位置与预测位置的差计算投射区域的高度,利用获得的高度信息创建导航地图。搭建了验证导航地图创建算法的实验平台,实验结果表明,本文方法能够获得地面高度分布,可以创建准确的室内导航地图。     

加载语义似然估计的粒子滤波重定位

针对移动机器人全局重定位时易出现定位错误的问题,本文提出一种基于构建的语义地图,并加载语义似然估计的粒子滤波重定位的解决方法.利用激光雷达建立环境栅格地图,同时结合三维深度相机对物体的识别与定位信息,赋予栅格语义信息,得到环境语义地图.在重定位过程中,通过粒子滤波方法同时进行栅格地图结构匹配与环境语义信息的匹配,以推算机器人在地图上的实际位置.通过实验证明所提出方法克服了现有粒子滤波方法仅利用环境结构信息进行匹配的不足,有效解决机器人全局重定位容易出错的问题,增强了重定位的鲁棒性,同时增强了重定位的收敛速度.     

基于混合蛙跳算法的移动机器人路径规划

针对移动机器人路径规划中算法搜索能力不强且易陷入停滞的问题,文中提出了一种基于混合蛙跳算法的移动机器人路径规划方法。首先利用蚁群算法在栅格地图中生成一定数量的路径,然后引入混合蛙跳算法,子群内进行Memetic进化,最坏青蛙根据与子群最优青蛙或全局最优青蛙的路径交点栅格进行路径更新,并对最终生成的最优路径进行优化处理,以消除不必要的拐点,保证机器人路径运行的安全性。二维环境下的仿真实验表明,提出的混合蛙跳算法能在有效避开障碍物的同时快速地规划出一条通往目标点的优化路径,且效果令人满意。     

一种融合深度相机与激光雷达的室内移动机器人建图与导航方法

为解决室内移动机器人导航过程中容易碰撞障碍物的问题,本文提出一种融合深度相机和激光雷达的室内移动机器人建图与导航方法,在机器人底盘上安装激光雷达、深度相机和里程计,利用Gmapping算法进行室内二维地图构建,同时用ROS中depthimage_to_laserscan功能包对深度图像进行二维投影,生成的二维栅格地图与激光雷达所建的地图进行融合.实验证明该方法使建立的地图更加完善,提高了室内移动机器人检测周围障碍物的能力和自主导航的能力.     

基于GNSS/INS与激光雷达的缓存池建图

为了解决智能车、无人机、自主机器人对外界环境感知的先验信息不足的问题。本文提出了一种使用惯性导航(INS)与卫星导航(GNSS)辅助多线激光雷达传感器对环境进行自主三维重建的算法。该算法首先采用一种基于GNSS\\INS的线性差值法与四元数插值法并行算法将激光雷达点云转换到唯一坐标系下,纠正点云随时间的漂移;通过基于缓存池的建图方法对周围环境进行点云分割与拼接,对得到的子地图进行体素滤波,最终得到丰富环境信息的三维重建地图。通过机器人操作系统(ROS)在移动平台上进行验证,实验结果表明:该方法成功的对外界环境进行自主三维建图,适用于智能化载体对未知环境下的感知。     

基于体素化网格下采样的点云简化算法研究

针对三维点云数据冗余量大、重建时间长、效率低等问题,提出一种基于体素化网格下采样的点云简化算法。该算法首先求出点云数据集的最小三维长方体包围盒,把点云数据划分进三维体素栅格中去;其次计算点云的k邻域,进行曲面法向量估计;然后,在三维体素栅格中选择满足要求的数据点,实现点云下采样;最后,调用Power Crust对下采样点云数据进行曲面重建,在三维可视化类库Visualization Toolkit(VTK)进行显示。实验结果表明,该算法能够加快三维点云数据的重建速度,较好地保持了点云特征,提高曲面重建的效率和鲁棒性,适合实时处理。     

基于双边对称约束的复杂点云分割

针对室内三维物体识别研究中复杂点云分割不完 全或过分割的问题,基于生活中物体具有一定结构 对称性假设,提出了一种利用物体对称性约束的复杂点云分割算法。通过提取和匹配待分割 点云中的曲面 法线边界曲线,检测场景中的3D双边对称,建立对称假设集合,基于对称点属性判断完成室 内生活环境复 杂点云分割。借助Maryland大学生活场景复杂点云数据库,对算法进行了实验验证。结果表 明:相比于区 域生长算法和LCCP算法,基于双边对称约束的复杂点云分割算法的平均分数评价参数WOv,t p,fp,fn最优,分割效果好,分割完全。     

基于Kinect传感器的三维点云地图构建与优化

针对移动机器人在三维点云地图创建过程中存在鲁棒性和实时性不佳的问题,提出一种基于图像特征点的三维地图创建方法.首先,对Kinect采集得到的RGB数据进行特征点提取与匹配,并采用RANSAC算法对误匹配点进行剔除,在保证精度的同时,有效减少了配准算法的迭代次数,通过结合Kinect深度数据得到对应特征点对在三维空间中的位姿,最后采用ICP算法迭代求解刚体变换矩阵完成精确配准,得到室内真实场景下的三维点云地图.为抑制由三维点云配准过程中累积误差造成的位姿漂移,引入了基于TORO图优化算法的闭环检测机制,实验验证了所提方法的有效性.     

单目视觉引导机器人在视觉检测中的应用

提出一种基于单目视觉引导的机器人工件表面缺陷检测系统。结合标定后的相机参数与物体成像以及物体虚拟投影建立的形状模板初步估计物体的位置姿态,物体的三维点云模型以一定位置姿态参数在虚拟空间的投影匹配零件真实位置姿态提升定位精度。定位完成后获取待检测位置的点云坐标及其法线方向经过坐标转换后提供给六轴机器人进行路径规划及机器人姿态控制,从而实现机器人辅助检测。