国产螺旋式扫描激光雷达系统自检校方法研究

论文提出一种对螺旋式扫描机载激光雷达系统进行安置角自检校的新算法。首先推导了螺旋式扫描激光雷达点云定位的数学模型;然后提取了激光雷达点云数据重叠区的面特征,并构建了基于面特征的激光雷达检校模型;最后,仿真分析了安置角误差对往返航带前后向扫描数据的影响,并利用同名面特征,基于区域网平差方法同时估计了平面参数和安置角参数。实验结果表明,该方法实现了激光雷达安置角的自检校,且绝对精度满足生产数据要求。     

基于不同尺度算法的激光雷达点云去噪研究

为了提高激光雷达点云去噪效果，提出不同尺度算法。首先采用均值法删除激光雷达点云数据的重复点；其次对噪声点进行判断；再次对偏离主体点云较远的大尺度噪声动态设置距离阈值，初始时设置较小的距离进行噪声点的大范围删除，再逐渐增加距离值，小范围删除噪声点；最后采用改进双边滤波算法处理与主体点云混在一起的小尺度噪声点，使数据点向法向方向聚集，不断调整采样点的位置及坐标，移动采样点的位置至修正后的位置，从而达到光顺去噪。实验显示，所提算法能够保持扫描目标点云数据的整体与局部特征，信噪比指标均值为17.56 dB,均方根误差指标均值为0.34,平滑度指标均值为0.21,优于其他算法。     

激光雷达扫描数据的快速三角剖分及局部优化

为了研究维激光雷达测量所得点云数据的三角构网,根据激光雷达逐行扫描特点,采用了改进的三角剖分方法,对点云数据进行不规则三角网格划分.基于激光雷达点云数据位置拓扑信息,分析了相邻扫描线之间数据点的相对位置关系,利用几何关系进行初步配对构网;并结合经典法则对初始网格进行局部优化,得到最终三角网;同时,对优化前后的三角网,提出一种新的评价法则进行剖分效果对比.结果表明,充分利用点云特点进行三角剖分可改进算法.所提出的剖分效果评价法可帮助检验构网质量.     

基于深度图的道路场景三维点云分割优化方法

点云分割在计算机视觉、智能驾驶、遥感测绘、智慧城市等领域具有重要意义。为提高对激光雷达采集点云分割的准确率，提出了一种基于深度图的道路场景三维点云分割优化方法。将点云数据转化为深度图，建立三维点云与深度图之间的投影关系，利用相邻激光雷达扫描线的角度阈值进行地物分割，再对分割后的地上物体进行分割，去除噪声点。通过使用KNN(K-Nearest Neighbor)插值优化算法对分割结果进一步优化，较好地克服了过分割问题，提高了点云分割的准确率。实验结果表明，该方法的运行时间达到86 ms,相较传统深度图的自适应DBSCAN(Density-Based Spatial Clustering of Applications with Noise)方法准确率提升了5%,达到90.5%。     

基于改进DBSCAN的星载激光雷达数据多尺度滤波研究

星载激光雷达数据滤波过程易受复杂背景、粗差点、噪声点等问题的干扰,导致滤波效果大幅度下降,所以研究基于改进DBSCAN的星载激光雷达数据多尺度滤波方法。采用改进DBSCAN算法对星载激光雷达数据做聚类处理,并标记噪声点,通过半球形邻域算法提取点云数据特征。根据提取到的点云数据特征构建规则格网,通过格网的多路径效应剔除点云数据中的粗差点与噪声点,完成星载激光雷达数据多尺度滤波。实验结果表明,所提方法的星载激光雷达数据多尺度滤波误差较低、滤波效果好,实际应用价值较高。     

基于多层激光雷达的3D虚拟环境感知系统

为了提高不同距离、不同视觉角度环境感知准确度，提出基于多层激光雷达的3D虚拟环境感知系统。系统硬件方面，将高性能计算机作为此次设计系统核心，设计系统硬件结构。软件方面，选择HDL-32E32线激光雷达，变换激光雷达点云数据点坐标系，获取3D虚拟环境点云数据，设计数据点提取和聚类算法，提取、聚类数据点，采用最小二乘法，多层拟合数据点，提取3D虚拟环境信息；将3D虚拟环境分为不同的感知层次，设计单层次环境感知策略，实现3D虚拟环境感知。依据真实街道环境，建立3D虚拟街道环境，设计实验方法，环境感知结果：此次设计系统感知不同距离、不同视觉角度环境范围小，3D虚拟环境感知精度最高可达99.32%,3D虚拟环境感知误差最低仅为3.56%。     

基于自然地表的星载光子计数激光雷达在轨标定

在轨标定技术是影响星载激光雷达光斑定位精度的核心技术之一。介绍了目前国内外星载激光雷达的在轨标定技术发展现状,分析了各类在轨标定技术的特点。针对新型的光子计数模式星载激光雷达的特性,提出了一种基于自然地表的星载光子计数激光雷达在轨标定新方法,使用仿真点云对标定算法的正确性进行了验证,并分别使用南极麦克莫多干谷和中国连云港地区的地表数据和美国ICESat-2卫星数据进行了交叉验证实验,实验结果表明:算法标定后的点云相对美国国家航空航天局提供的官方点云坐标平面偏移在3 m左右,高程偏移在厘米量级。文中还利用地面人工建筑等特征点对比了算法标定后的点云与官方点云之间的差异,最后对基于自然地表的在轨标定方法的精度以及标定场地形的影响进行了讨论。     

自主移动机器人微型激光雷达点云数据滤波研究

由于自主移动机器人微型激光雷达点云数据采集过程存在多种外界因素的干扰，导致采集到的点云数据中含有大量噪声，为此设计提出自主移动机器人微型激光雷达点云数据滤波方法。采集自主移动机器人微型激光雷达采集点云数据，利用噪声分离算法和改进的三维中值修复对点云数据进行优化。根据精简移动最小二乘法构建微型激光雷达点云数据滤波模型，将经过优化的点云数据输入该模型中，实现微型激光雷达点云数据滤波。实验结果表明，所提方法的点云数据滤波误差低，实际应用效果更好。     

基于图优化的三维激光雷达SLAM算法研究

为了提高三维激光雷达SLAM算法的定位精度和解决其z轴偏移的问题，在图优化的基础上提出了一种增加边约束和地面约束来改善闭环检测的方法。首先，使用MLESAC算法对点云数据进行滤波，去除外点；其次，采用随机采样法对点云数据进行下采样，提高点云配准算法的速度和准确性；然后，基于3D-NDT配准算法得到点云变换关系；最后，在图优化的基础上将边约束和地面约束加入优化求解器，获得优化后的位姿和点云地图；使用Velodyne激光雷达扫描的地下车库数据进行评估，结果表明所提出的方法能够改善激光SLAM的回环检测，提高定位准确度，x、 y和z方向精度分别可达0.074 1、0.388 95、 0.001 5 m，特别是z轴精度从1.68 m提升到了0.001 5 m。     

网络化激光雷达的多源数据融合点云分类算法研究

针对当前多源数据融合点云分类算法的激光雷达点云数据分类精度较低,分类时间较长的问题,提出网络化激光雷达的多源数据融合点云分类算法.利用加权航迹关联法,计算各激光雷达目标航迹号,并打散已关联航迹,通过泰勒级数将非线性问题转化成近似线性问题,求解线性状态,融合多源数据.使用主成分分析法,求解点云法线与曲率,分割段协方差矩阵...     

稀疏激光雷达与可见光/红外成像系统的标定方法

激光雷达与成像系统之间的位姿标定是激光点云与图像像素进行融合的前提。目前主流的离线标定方法中,普通棋盘格标定板用于64线及以上的激光雷达时效果较好,而用于16线激光雷达时由于其数据稀疏而导致误差较大。而且,涉及红外成像系统的标定时,需要特制的棋盘格来获得发射率差异。本文针对稀疏激光雷达点云数据较少的问题,研究了可以同时标定激光雷达与可见光、红外成像系统的方法,设计了菱形九孔标定板,并提出几何约束损失函数来优化特征点的坐标。最后,分别使用红外和可见光成像系统与16线激光雷达进行标定,实验结果表明,平均重投影误差均在3个像素之内,取得了较好的效果。本文方法还能用于稀疏激光雷达与可见光-红外多波段成像系统的标定。     

利用混合规则几何面的MMS激光扫描仪检校方法

提出了一种利用混合规则几何面进行车载移动测量系统(MMS)激光扫描仪外参数检校的方法。该方法利用现实环境中普遍存在的平面和圆柱面地物,结合平面和柱面可公式化的几何特征对激光点进行严密的数学方程式约束,通过非线性优化的方法精确求解激光扫描仪相对于MMS定位测姿POS系统的相对位置和姿态参数。实验结果表明:相对于只采用平面地物约束进行检校的方法,采用混合规则几何面联合约束检校的方法结果精度更高,距离残差中误差达到了0.006 m;同一车载平台、两套不同激光扫描仪系统检校后,点云叠合效果较好。该检校方法具有精度高、简便、快速、实用等优点,具有较强的工程应用价值。     

地面平面场RCS 测量异地定标误差分析

地面平面场是用于进行全尺寸或缩比目标模型静态散射特性测量的室外场地。该文从地面平面场的特点入手,分析了在进行目标雷达散射截面(RCS)测量时,目标和定标体因受到测量环境影响而产生的定标误差。在简要阐述地面平面场中的异地定标技术的基础上,综合考虑地面反射和天线方向性两方面的因素,研究了定标体回波强度与放置位置的关系,分析了地面平面场与自由空间的定标之间的差异以及由此所带来的测量误差。最后,通过计算机仿真得到了异地定标误差随定标体测量距离、测量频率以及天线波束宽度的变化规律。通常情况下,定标体放置在靠近目标的位置有利于减小异地定标误差。      

工业机器人的局部标定

以ABB公司的IRB120工业机器人和激光位移传感器组成的数据采集系统为研究对象,通过对实验系统底座平面上数据点的采集和处理,来标定机器人与激光位移传感器之间的齐次变化矩阵。以采集到的数据点在机器人坐标系中位于同一个平面上为标定原理,利用最小二乘法拟合平面方程,得到机器人需要标定的各个参数及平面参数。在最小二乘优化处理过程中,通过对不同优化结果的分析对比,最终得到最优解,并为以后该系统在数据采集中的应用提供依据。     

激光陀螺捷联惯导系统的模观测标定方法

为了减小转台误差对激光陀螺捷联惯组（SIMU）标定精度的影响,采用模观测法设计了正二十面体-12点的位置和速率试验计划。首先,利用在重力场下的12个静态位置标定加速度计的零偏、标度因子和安装误差矩阵;然后,采用外环角速率、中内环双轴翻滚至12点位置来标定陀螺的零偏、标度因子和安装误差矩阵;最后,利用SIMU框架坐标系为桥梁,实现了加速度计和陀螺参数坐标系的统一。仿真分析表明:该方法能有效抑制转台误差对SIMU标定结果的影响,当转台各轴系垂直度误差为角秒级且角位置误差小于1'时,加速度计和陀螺的标度因子相对误差和安装误差矩阵的标定误差均小于10-5,加速度计零偏的标定误差小于10g ,陀螺零偏的标定误差小于0.01（）/h与测量噪声处于同一数量级。     

LIDAR Sensing for Vehicle Lateral Guidance: Algorithm and Experimental Study

This paper describes a new vehicle detection system based on a laser imaging, detection, and ranging (LIDAR) sensor, and conducts an experimental study to investigate the sensor's role in the current California PATH vehicle lateral guidance systems. The LIDAR sensor is installed on a controlled vehicle and it can measure the relative distance of the vehicle from a preceding vehicle, by scanning the horizontal plane with laser beams. Environmental clutter becomes the main challenge in data processing, when LIDAR tries to track the desired target. A probabilistic data association-based algorithm has been developed to solve this problem, which has been verified in real-time experiments using two Buick LaSabre vehicles. The experimental study also reveals the relation between the LIDAR outputs and the magnetic reference system widely used by the current PATH lateral control systems, and the results provide the guidelines on how this new sensor system may be used for vehicle lateral guidance     

线结构光双传感器测量系统的标定方法

针对现有线结构光双传感器测量系统标定过程中对设备要求高、标定过程复杂等难题,提出了一种简便的基于平面标定参照物的现场标定方法。该方法不需要设计复杂的校准模型和高精度的辅助调整设备,只需要将一个绘制有棋盘格图案的平面参照物在两个传感器公共的测量范围内任意摆放几个位置,即可完成双传感器标定,并建立两个传感器之间的相互关系,进一步将多个局部世界坐标系下的标定特征点统一到一个全局世界坐标系中,从而建立起两个传感器与线结构光平面间的标定方程。实验验证了该方法的可行性,实测平面高度的均方根(RMS)误差为0.03 mm。     

一种基于平面标靶的线结构光视觉传感器标定方法

提出了一种适合于现场的线结构光视觉传感器标定 方法。建立了标定的数学模型,设计了一种平面点阵标靶,提出了坐标映射方法。根据结构 光条纹特征点的图像坐标和对应在标靶坐标系下的坐标,以及 相机内参,计算出标靶坐标系到摄像机坐标系的转移矩阵,再由转移矩阵得到特征点在摄像 机坐标系下的 坐标;在视场范围内,平面标靶按不同位姿摆放多次,获取投射在标靶上的所有特征点,对 这些特征点进 行平面拟合,得到结构光平面在摄像机坐标系下的方程。对标定的精度进行了验证,实验表 明,本文方法标定 过程简单,精度较高,适合于结构光传感器的现场标定。     

投影结构光空间位置和形状的标定方法研究

提出了结构光三维测量系统中投影结构光的空间位置和形状的多点拟合标定方法.在结构光三维测量系统有效视场范围内,空间靶平面多次改变并覆盖整个有效视场.利用投影矩阵与坐标变换关系,由投影结构光与空间靶平面的相截线来确定结构光在整个有效视场范围内的多个三维数据点,通过多点拟合,完成其空间位置和形状的标定.最后以多光片投影双目视觉三维测量系统中9条结构光的标定实验,验证了该方法的可行性和有效性.     

大视场远距离摄像机外部参数标定算法研究

针对现有的标定方法不适用于大视场远距离测量系统的现场标定,以高炮武器随动系统性能为测量对象,提出了一种新的摄像机现场标定方法.该方法借助于球状标定物,对标定物在不同角度拍摄一组图像,通过测量炮身管位置坐标拟合运动轴心位置,可得两摄像机相对于炮台轴心的平移矩阵;计算空间直线在两摄像机坐标系中的位置信息,得出两摄像机间的旋转矩阵.实验表明,该方法在大视场远距离测量情况下,能够快速稳定地实现两摄像机外部参数的现场标定,并可获得较高的标定精度.