旋转二维激光雷达测量系统及其标定方法

为了实现利用单个二维激光雷达获得被扫描物体 的三维信息,提出了一种旋转二维激光雷达三维 扫描测量系统及其标定方法。确定了系统的组成和扫描测量原理,建立了系统的数学模型。 针对现有激光 雷达扫描测量系统参数标定方法不能线性求解的不足,提出了一种基于特定结构标定件的系 统参数线性标 定方法,分析了该标定方法的原理及步骤,并通过上述原理建立线性方程组实现了系统外参 数的求解。组 建了实验系统,制作了标定件和被测量件,利用标定后的激光雷达测量系统对被测量件进行 扫描。实验结 果表明,旋转二维激光雷达测量系统测量值和三坐标测量机对应测量值之间的最大差值为6.84mm,在二维 激光雷达测量误差±30mm之内,完全满足实际测量精度要求。     

基于16线激光雷达和相机融合的三维目标检测

针对16线激光雷达点云过于稀疏而无法进行三维目标检测的问题,设计了一种基于激光雷达和相机融合的三维目标检测方法。首先,对激光雷达和相机进行联合标定,统一两者坐标系,并利用ROS进行时间同步,确保雷达和相机在相同的时间感知到相同的环境。然后,将相机采集的图像作为输入,送入YOLOv5算法中进行二维的目标检测,得到目标在图像中的二维检测框和类别。最后,利用联合标定过的激光雷达获取目标二维像素点对应的三维点云,通过这些雷达点云算出目标的三维坐标和三维边界框,从而得到三维目标检测结果。实验验证：通过搭建硬件平台并在实验场地测试后证明了该方法的可行性。     

双二维激光雷达相对位姿的标定方法

针对室内空间的三维重建,采用双二维激光雷达,提出精确标定两雷达相对位姿的方法,实现三维空间的可连续采集,并获得准确的三维轮廓点云。利用静态标定靶标的扫描数据,建立靶标参数求解数学模型,得到双雷达坐标系相对位姿的补偿矩阵,并转化为精确矩阵。建立仿真平台,模拟标定实验,实现靶标参数的扭曲校正,初步验证该标定方法可行,并进行模拟采集实验,获得的点云分离程度小于等于7mm。搭建了硬件实物平台,标定后进行室内轮廓采集实验,最终得到了无畸变扭曲的三维轮廓点云。实验结果表明,双二维激光雷达相对位姿的标定精度可以满足室内场景三维重建的要求。     

基于多个线激光传感器旋转扫描的铸钢车轮在线三维测量技术

提出一种基于二维轮廓数据的旋转扫描系统标定方法。分别对每个传感器采集的二维轮廓数据提取关键特征,通过建立特征间的匹配关系来实现多传感器相对位姿的精确标定;利用激光平面、标靶和转轴三者的几何约束关系来求解转轴的初始解,同时根据标靶的几何尺寸建立目标优化函数,迭代求解出转轴的精确解。实验结果表明,系统测量精度可达0.08 mm,测量时间为20 s,所提方法不仅可替代人工检测,实现车轮尺寸的在线测量,还可以推广应用到其他大型回转体三维测量中。     

成像激光雷达中的扫描方案

文中对成像激光雷达系统中的几种扫描方式－光栅扫描，声光扫描，电光扫描和光机扫描进行了分析、比较，给出了一种适合于低空飞行前视避障系统的二维摆镜扫描设计方案，具有结构紧凑，体积小等特点，并且可通过计算机来控制摆动的转轴，实现预定的扫描方案，为实现激光雷达系统小型化提供了重要方案。     

用于汽车实时障碍检测的光学传感系统

介绍了几种用于汽车障碍物探测的光学系统。对于三维照相机系统、三维扫描激光雷达成像系统、一维扫描激光雷达系统及非扫描激光雷达成像系统的优缺点进行了分析比较。目前,最具实用价值的是一维扫描激光雷达系统。     

基于声光扫描的三维视频激光雷达技术

提出一种基于声光扫描技术实现三维视频激光雷达系统,克服了基于传统扫描方式的三维成像激光雷达应用中所面临的成像速度慢、体积大、质量大等问题。采用二维声光扫描技术,大大提高了扫描速度;同时,采用高精度的时间差检测芯片,精确测量激光脉冲飞行时间,从而获得高精度的距离值,实现高精度的三维视频成像。详细描述了系统的原理、组成部分以及实验结果。在图像分辨率为63pixel×63pixel时,该系统三维成像速度达到25frame/s,实现视频三维成像,能够满足对成像速度要求较高的特殊场合的需求。     

一种三维激光雷达系统标定方法北大核心CSCD

为了解决无人化叉车在运行中对物料的尺寸及距离的高精度测量要求,设计了一个基于二维激光雷达和步进电机云台的长臂三维激光雷达系统,并重点研究了此系统的参数标定方法。针对现有标定方法存在忽略了激光中心和旋转轴中心的安装误差,特定点选取易造成较大标定误差等问题,通过建立激光雷达系统的数学模型,分析其内在联系,使用解耦合的方法分离待标定参数,并使用直线拟合的方法和双拟合平面重合的方法来标定未知系统参数。通过室内标定实验和叉车搭载测量实验进行验证,结果表明,标定参数准确可靠,测量误差不超过3%,满足无人化叉车作业的要求。     

基于激光雷达与视觉融合的水面漂浮物检测

针对水面清污机器人对漂浮目标的检测问题,提出了一种将三维激光雷达点云数据与视觉信息融合检测的方法.首先,视觉识别部分采用CornerNet-Lite目标检测网络,通过对大量样本的训练实现水面漂浮物的检测,得到候选目标的种类和置信度.然后,通过相机和激光雷达的标定将激光雷达三维点云数据投影到二维像素平面,并根据相对像素面...     

激光雷达三维成像研究进展（特邀）

激光雷达三维成像相比二维成像具有信息丰富、主动性好、抗干扰能力强等优势,已广泛应用于遥感侦察、无人驾驶、航空航天等多领域。近年来,激光雷达三维成像发展迅速,一方面,以APD阵列器件为典型核心器件的制造能力增强,激光雷达的成像效率得到明显提升;另一方面,随着三维成像方法（扫描/非扫描）的不断改进,其综合性能也得到突飞猛进的发展。通过总结现有激光雷达三维成像的研究现状,讨论现阶段其面临的问题与解决方法,为推进激光雷达应用提供支撑。     

A calibration method of external parameters of 2D laser in rotary 3D scanning

Aiming at the problem of external parameter calibration in the combined rotating three-dimensional (3D) scanning process of laser radar and turntable, a fast 3D data scanning and accurate equipment calibration method suitable for industrial application scenarios is proposed. The coordinates of the center of the circle in the laser radar coordinate system are obtained by fitting the coordinates of the center of the circle with the scanning arc. Through the standard size and rotation angle of the target ball, the coordinates of the ball center in the turntable coordinate system are obtained. The rotation parameter R and the translation parameter T of the minimum value of the data set conversion error function in the two coordinate systems are calculated. The experimental results show that the error between the converted data and the actual data is within 0.1 mm, which meets the actual work requirements. This calibration method has the advantages of high accuracy and strong robustness.     

无人机载激光线扫描浅滩三维成像研究

设计了一种基于三角法线扫描的无人机载激光雷达三维成像系统。系统以520 nm线激光为光源照射目标,利用无人机扫描获取目标的三维数据。文章设计了无人机载激光线扫描系统的硬件系统,构建了线激光水下折射三维坐标解算模型,提出了水上、水面与水下激光条纹提取的图像处理方法,并利用研制的雷达系统进行了近海浅水区域无人机扫描实验。实验结果表明,系统利用IMU及GPS能够有效提升三维图像的准确性,快速获取目标区域水上及水下目标的三维数据,平均距离分辨率达到3 cm,具有速度快、精度高、成本低的优势,在近岸浅海区域的大范围高速三维成像领域具有广阔的应用前景。     

机器人激光扫描系统现场标定技术

针对机器人激光 扫描系统现场标定问题,提出了一种基于交比不变性的线结构光传感器标定方法,允许平 面参 照物在传感器测量空间中自由移动,通过摄像机拍摄多幅平面参照物的图像即可对光平面进 行标定;同时, 提出一种定点变位姿的机器人手眼关系标定方法,采用一个直径已知的标准球作为手眼标定 参照物,控制 机器人分别以纯平移运动和变姿态运动的方式带动视觉传感器对标准球的球心坐标进行测量 ,根据固定点 约束标定手眼关系。实验结果表明,本文标定方法有效、快速,可以用于机器人激光扫 描系统现场标定。     

激光成像雷达前视成像仿真及障碍物识别方法研究

飞行器前视激光雷达通过测距得到前方三维距离像,由三维距离像可以获得飞行器前面障碍物的形状、高度、宽度等信息,从而为飞行器进行地形跟踪和障碍物回避提供依据。文中根据激光成像雷达原理,推导了激光雷达前视成像方程。在三维地形图上,由前视成像方程仿真得到激光雷达前视三维距离像。在三维距离像上提出了障碍物信息提取方法,并在三维地形图上进行了前视成像仿真实验和障碍物信息提取实验。     

一种激光雷达复合式扫描方法及试验

传统激光雷达系统中,固态激光光源的重复频率和扫描系统的扫描带宽、精度均制约着系统成像。为提高激光雷达的成像精度,首先,在激光光源上采用经EDFA放大后的DFB高重频激光光源。其次,提出了一种PZT与振镜相结合的两级复合式激光扫描方法,利用PZT对小视场范围进行精细扫描,利用振镜对PZT的扫描视场和接收视场进行偏转完成粗扫描,在提高激光雷达扫描精度的同时拥有较大的扫描视场。最后,经试验所设计的复合式扫描激光雷达的方位角为99 mrad,俯仰角为49.5 mrad,角分辨率达到0.1 mrad,测距精度达到0.159 m。     

基于盖革APD阵列的微扫描激光成像技术

盖革APD阵列探测的激光成像雷达具有高灵敏度、高帧频、宽视场、坚固、体积小等优点,成为了激光成像雷达发展的趋势。但目前APD阵列像元填充比低,器件阵列少,无法满足高分辨率激光成像的要求。为了解决该问题文中提出采用激光点阵发射的方法与APD阵列像元一一对应,采用拼接技术提高成像分辨率,采用微扫描技术提高激光成像视场。通过构建实验系统,完成了室外试验,成像效果良好,使用现有APD探测器（3232）将系统空间分辨率提高了四倍（6464）,提高了激光三维成像能力。     

基于激光雷达测量技术的集装箱卡车定位系统

为了实现港口堆场作业自动化,迫切需要一种快速准确的集卡定位系统.针对此需要设计了一套由运动控制卡、步进电机和2-D激光雷达组合而成的3-D激光雷达扫描系统,采用了一种多个3-D激光雷达系统协同工作的工作方式和与之相适应的改进的ICP数据处理算法以及先粗后精的分级定位方法.该系统工业性试生产的结果表明,装卸效率达到80TEU/h,精度控制在了5mm以内,首次实现了无人驾驶轨道吊车对集卡的快速准确定位.该系统对于其它领域的大型部件的检测定位也有非常重要的意义.     

智能激光3D投影空间定位精度分析

为了解决激光3D投影定位无法兼顾高精度、实时性、智能补偿定位的问题,搭建了一种基于激光跟踪定位技术的智能激光3D投影系统,并进行空间精度分析。首先,建立激光3D投影系统数学模型;其次对激光3D投影系统进行光学中心标定,再利用投影承接部件基准点对部件坐标系进行标定,从而完成智能激光3D投影系统的标定及搭建;最后,建立智能激光3D投影定位精度模型。仿真结果显示,激光3D投影仪投影区域中间部分精度最佳,由激光跟踪测量精度引起的投影承接面投影点误差小于投影仪引起的投影承接面投影点误差。实验结果显示:在3~4 m的投影距离上,所研制的智能激光3D投影系统的投影形状及位置准确度可以优于0.3 mm。与传统的激光投影系统相比,该系统解决了大尺寸投影承接部件不能大量安装合作目标问题,使工作中无需目标反射头及校准工装,省略校准过程,当投影系统或被测部件移动或漂移时,智能化识别、解算、补偿相对位移量,保证实时、精确投影至正确位置,极大提高了投影定位系统的工作精度和定位效率。     

基于人工神经网的激光三维扫描技术研究

在激光三维测量技术中 ,用摄像机对物体和物体在平面反射镜中的虚像成像 ,用人工神经网技术实现图像坐标系到世界坐标系的映射 ,无须测定摄像机和激光平面之间的相对位置关系 ,自动修正镜头的几何畸变 ,由单视点序列影像就可获得被测物体表面的三维坐标。结论 :盲区小、方法简单 ,变换关系清晰 ,能获得高质量的测量结果。     

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。