激光雷达三维成像系统的研究

根据相位法测距原理,论述了用激光雷达获取三维视觉信息的技术,对主要部件进行了讨论,研制成功适合于地面智能机器人导航的激光雷达三维成像系统,其视场范围为６０°×３０°,测距范围为 ３０ｍ ,距离图像空间分辨率为１４′×１４′,测距精度在３～３０ ｍ 范围内优于８ ｃｍ ．     

FTP法三维轮廓测量系统的快速标定技术

在FTP（Fourier Transform Profilometry）法三维轮廓测量过程中，系统的结构不同，测量高度所引起的相位差与高度的对应关系也不一样。本文应此问题进行了详细的分析，并提出了一种适用于不同结构的快速标定技术。     

摄像机与3D激光雷达联合标定的新方法

针对摄像机与3D激光雷达融合系统的标定问题,提出了一种基于平面标定模版的新方法.整个标定过程分为单传感器独立标定和多传感器联合标定两部分.与以往的基于特征点或者边缘对应的标定方法不同,根据传感器原点到标定平面的距离对应性原理实现了联合标定,解决了在激光雷达距离图像上提取特征点或者边缘时精度较低带来的问题.同时,仅采用同一块平面模板完成了整个标定过程,简单实用.实验结果表明,相比传统标定方法,本方法能够获得更高的精度.     

三维扫描测头的标定方法

为降低三维扫描测头中标定方法对测量系统定位精度的要求,提出了一种三维扫描测头标定方法,设计了一种最小二乘迭代算法及迭代数据筛选算法,实现了三维扫描测头高精度高效率的标定.为验证该三维扫描测头标定方法的稳定性与精度,设计若干组标定仿真实验,测试各类误差对于三维扫描测头标定结果的影响.结果表明:该三维扫描测头标定方法对于三维扫描测头标定过程中定位精度没有要求,对于测量机误差及扫描测头探测误差不敏感,三维扫描测头坐标系单位向量精度达0.000 01,完全满足三维扫描测头标定要求.     

基于二进制编码结构光的三维形貌测量系统及其标定

建立了一个基于二进制编码结构光的三维形貌测量系统,推导了测量系统的物象关系式,并对测量系统进行了标定。在对编码投影光平面的标定过程中,提出利用代数射影几何中的交比不变原理对其进行标定的方案,并论述了标定原理。然后,结合系统的整体标定方案,设计了实验靶标,进行了标定实验,并生成了若干编码投影光平面的标定结果图像。     

大尺寸三维激光测量系统标定技术研究

大尺寸三维激光测量系统是基于激光雷达工作原理的自动扫描测量系统,为保证其测量精度,需要在测量前对系统进行标定.采用螺旋线扫描和W型扫描相结合的扫描方式,通过工具球对测量系统进行标定的基本原理,同时,通过实验验证了标定的精确性,并对测量精度进行了分析.应用该方法,系统重复性测量精度不大于0.005mm,满足测量要求.在测量精度、测量效率、自动化程度和测量数据处理等方面具有明显的优点.     

基于单目相机和多线激光雷达的联合标定方法研究

目的 针对相机和激光雷达之间的外参标定问题,为了减少两者的标定误差,得到更高的标定精度,方法 提出一种基于非线性优化的联合标定方法。首先拍摄不同角度的棋盘格标定板图像,采集足够多数据后利用工具包进行相机内参标定,得到单目相机内参;然后在激光点云和图像中检测标定板的角点特征坐标,激光点云下的角点坐标由提取的标定板点云数据和其几何特征获得,通过拟合出的图形由上至下、由左至右确定图形顶点坐标及标定板行列数,可得到各角点坐标;相机角点特征坐标采用FAST角点检测,利用角点灰度信息确定角点坐标;根据点云检测特征点到图像投影误差构建目标函数,将外参求解转化为最小二乘问题;最后通过基于列文伯格-马夸尔特的非线性优化算法,迭代求解得到最优外参。结果 最终平均标定投影误差为1.29像素,最大投影误差为2.46像素,最小投影误差为0.70像素,标准差为0.57像素。结论 根据标定的外参将点云投影至图像上可知,标定结果较好,并将结果运用到实际场景下视觉和激光雷达融合的SLAM算法中,运动轨迹平滑且与地图保持高度一致,本文方法标定过程简单,不需要棋盘格的真实物理尺寸,满足使用要求。     

基于弹性导轨的整体三维测头及标定机构设计

测头是坐标测量技术中最关键的零部件之一,测量的精度直接依赖于测头的设备精度.针对目前我国市场上高精度三维测头匮乏的现状,通过对弹性导轨受力模型和受力与平行位移之间关系的研究,在考虑柔性铰链特性的基础上,同时考虑到测头工作中的重力平衡,设计出了整体式三维测头机构与标定机构,该机构与双频激光干涉仪结合对参数进行标定.该方案所设计的测头结构紧凑,测量范围广,工艺性好,标定工作台和标定方案设计科学合理.     

条纹投影测量系统标定方法研究

条纹投影测量方法具有无接触、测量精度较高、分辨率高等优点,是最可靠的三维测量方法技术之一。而系统标定的精度决定了测量数据的精度上限,是三维测量中至关重要的环节,所以本文分析比较了条纹投影测量系统已有的主要标定方法,包括有：反向投影法、三角关系建模法、隐式拟合法和神经网络法。从误差积累、系统搭建严格程度、操作复杂度、是否需要精密辅助装置、是否考虑镜头畸变以及测量精度等方面进行了对比分析,得出每种方法的优缺点及应用,并以精度相对较高的相位匹配标定法、多项式标定法和平面拟合标定法3种方法为例进行对比实验,综合方法特征与实验结果,得出标定方法选择依据：需要高精度测量应选择多项式拟合法,需要操作灵活应选择相位匹配法,同时对精度和灵活性有需求,应选择平面拟合标定法,对此类技术面向不同需求时选择适当的方法进行系统标定具有一定的应用价值。     

三维激光测距系统设计与标定方法研究

针对传统三维激光测距系统标定结果精度低的缺陷,设计一套由云台和激光测距装置组成的三维激光测距系统。提出了采用平面特征的标定方法。在初始标定值下,对一个已知平面三维扫描后的若干帧,每帧的若干点作为试验点,用Matlab做非线性优化,来找到一个合适的标定值,使得试验点拟合后得到的平面到真实平面的距离平方和最小。该标定方法简单,经过试验证明,此方法能精确地实现激光的标定。     

基于三维激光扫描的汽车零部件逆向设计研究

采用三维激光扫描技术,结合逆向软件Geomagic Studio和三维设计软件CATIA对汽车座椅进行逆向设计.首先介绍了汽车座椅的三维扫描、数据采集和点云处理过程,然后进行曲面设计和数字化建模,获取汽车座椅的三维和二维图形,最后探讨了两种3D打印模式在汽车座椅快速成型上的应用,证实了三维扫描和3D打印在汽车座椅逆向设计及制造中的可行性.     

3D cavity detection technique and its application based on cavity auto scanning laser system

Ground constructions and mines are severely threatened by ones. Safe and precise cavity detection is vital for reasonable cavity underground cavities especially those unsafe or inaccessible evaluation and disposal. The conventional cavity detection methods and their limitation were analyzed. Those methods cannot form 3D model of underground cavity which is used for instructing the cavity disposal; and their precisions in detection are always greatly affected by the geological circumstance. The importance of 3D cavity detection in metal mine for safe exploitation was pointed out; and the 3D cavity laser detection method and its principle were introduced. A cavity auto scanning laser system was recommended to actualize the cavity 3D detection after comparing with the other laser detection systems. Four boreholes were chosen to verify the validity of the cavity auto scanning laser system. The results show that the cavity auto scanning laser system is very suitable for underground 3D cavity detection, especially for those inaccessible ones.     

基于三维激光扫描技术的大型古建筑精细三维重建

大型古建筑文物结构复杂,数字化保护工作繁琐且沉重,而三维激光扫描技术作为测绘领域的一项高新技术,具有无接触测量、效率高等优点,将三维激光扫描技术应用到文物保护领域将成为精细、快捷的文物档案保护手段之一。以某大型仿古建筑为例,详细阐述了数据采集的技术和方法,结合在数据处理过程遇到的一些问题进行了探讨和总结。最终给出该建筑物的局部纹理映射图和各类效果图,为三维激光扫描技术在大型古建筑三维重建中的应用提供借鉴和参考。     

Monitoring slope deformation using a 3-D laser image scanning system:a case study

An ILRIS-36D 3-D laser image scanning system was used to monitor the Anjialing strip mine slope on Pingshuo in Shanxi province.The basic working principles,performance indexes,features and data collection and processing methods are illustrated.The point cloud results are analyzed in detail.The rescale range analysis method was used to analyze the deformation characteristics of the slope.The results show that the trend of slope displacement is stable and that the degree of landslide danger is low.This work indicates that 3-D laser image scanning can supply multi-parameter,high precision real time data over long distances.These data can be used to study the distortion of the slope quickly and accurately.     

基于三维激光扫描的高陡边坡块体稳定性研究

艰险山区工程建设中高陡边坡块体稳定性是安全与防灾的重要问题,对艰险山区高陡边坡岩体结构面的调查是分析该问题的关键。以澜沧江某重大工程高边坡为研究对象,应用三维激光扫描技术,研究了远距离调查分析岩体结构的分析方法,分析了该高陡边坡的岩体结构面空间分布状况,统计分析了结构面的优势方向和岩石块体的分布状况,以此为基础,应用极限平衡分析方法,研究了该高陡边坡的岩石块体稳定性。     

Large-scale deformation monitoring in mining area by D-InSAR and 3D laser scanning technology integration

Large-scale deformation can not be detected by traditional D-InSAR technique because of the limit of its detectable deformation gradient, we propose a method that combines SAR data with point cloud data obtained by 3D laser scanning to improve the gradient of deformation detection. The proposed method takes advantage of high-density of 3D laser scanning point cloud data and its high precision of point positioning after 3D modeling. The specific process can be described as follows: first, large-scale deformation points in the interferogram are masked out based on interferometric coherence; second, the interferogram with holes is unwrapped to obtain a deformation map with holes, and last, the holes in the deformation map are filled with point cloud data using inverse distance weighting algorithm, which will achieve seamless connection of monitoring region. We took the embankment dam above working face of a certain mining area in Shandong province as an example to study large-scale deformation in mining area using the proposed method. The results show that the maximum absolute error is 64 mm, relative error of maximum subsidence value is 4.95%, and they are consistent with leveling data of ground observation stations, which confirms the feasibility of this method. The method we presented provides new ways and means for achieving large-scale deformation monitoring by D-InSAR in mining area.     

星载相控阵热变形误差估计与校正方法

为提高星载相控阵天线热变形误差估计精度,提出一种结合机械测量和信号处理的误差估计方法。该方法利用测量传感器的测量数据,能够快速地拟合得到形变阶数和阵元初始位置;根据星-地几何关系,提取已知来波角度的模糊地块回波作为校正源数据,进而结合形变特性建立优化模型,在迭代中计算得到更加精确的阵元位置估计值。仿真结果表明,该方法能够获得优于1/15波长的热变形误差估计结果,并且在较大变形误差的情况下仍具有良好的稳健性,最终获得了良好的方向图校正结果。     

基于移动激光扫描系统Trimble MX8的杆状地物提取研究

介绍车载移动三维激光扫描测量系统的发展和特点,以及Trimble MX8系统的构成和功能应用,重点阐述当前国内学者从激光点云数据中提取杆状地物的方法.通过选择两条不同的道路,在不同道路环境下应用不同的参数对杆状地物进行提取,显示不同的提取结果.通过对实验结果进行对比分析得出：面对不同的道路环境,采用相适宜的参数,再加以人工细致的检查,从激光点云数据中提取杆状地物的结果还是可以满足需要的.