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面向室内移动机器人的改进3D-NDT点云配准算法 被引量：23
1
作者 余洪山 付强 +2 位作者 孙健 吴司良 陈昱名 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第9期151-161,共11页
点云配准是室内移动机器人位姿估计和环境构建的关键步骤,现有点云配准算法难以工作在低纹理场景中。为提高室内移动机器人环境适应能力,提出了一种改进三维正态分布变换(3D-NDT)点云配准算法。通过改进ORB特征提取算法,确保低纹理下的... 点云配准是室内移动机器人位姿估计和环境构建的关键步骤,现有点云配准算法难以工作在低纹理场景中。为提高室内移动机器人环境适应能力,提出了一种改进三维正态分布变换(3D-NDT)点云配准算法。通过改进ORB特征提取算法,确保低纹理下的特征点提取;此外,为提高点云配准精度和效率,提出改进的3D-NDT算法快速获取高精度的点云配准矩阵。采用国际知名的公共数据集TUM作为评测数据,实验结果表明本文算法达到或优于现有主流点云配准算法的性能(均方根误差低于0.02 m),相对传统3D-NDT算法配准时间缩短3倍以上;并且能工作在低纹理场景中。因此,改进的算法能提高室内移动机器人环境适应能力。 展开更多
关键词 点云配准 三维正态分布变换 三维重建 特征提取 体素网格
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基于3D-NDT的移动机器人定位算法研究 被引量：10
2
作者 杨奇峰 曲道奎 徐方 《控制工程》 CSCD 北大核心 2020年第4期613-619,共7页
移动机器人定位是移动机器人自主导航的基本问题,在室外环境,GPS作为成熟方案被广泛使用,但在存在遮挡、有强电磁干扰等环境下,GPS定位的精度、稳定性及可靠性受到很大影响。本文详细阐述了三维激光点云3D-NDT匹配方法,在此基础上提出... 移动机器人定位是移动机器人自主导航的基本问题,在室外环境,GPS作为成熟方案被广泛使用,但在存在遮挡、有强电磁干扰等环境下,GPS定位的精度、稳定性及可靠性受到很大影响。本文详细阐述了三维激光点云3D-NDT匹配方法,在此基础上提出了融合里程计与3D-NDT点云匹配方法的移动机器人实时定位方法,解决了移动机器人在室外弱GPS环境下定位精度无法保证的问题。利用自主研发的移动机器人平台,在大范围室外环境中进行了测试,实验结果验证了本文所提算法的有效性。 展开更多
关键词 移动机器人 里程计 3D-ndt 定位
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基于ISS-SHOT+3D-NDT的点云配准算法研究 被引量：4
3
作者 马国鹏 宁殿民 卞艳 《矿业研究与开发》 CAS 北大核心 2021年第5期175-181,共7页
针对以往点云数据在配准处理过程中,存在粗配准匹配率低、配准时间长、精配准精度不高等问题,提出了ISS-SHOT与3D-NDT相结合的点云配准算法。首先,运用内部形态描述子算法(ISS)对下采样后的点云数据提取特征点,对提取的特征点用方向直... 针对以往点云数据在配准处理过程中,存在粗配准匹配率低、配准时间长、精配准精度不高等问题,提出了ISS-SHOT与3D-NDT相结合的点云配准算法。首先,运用内部形态描述子算法(ISS)对下采样后的点云数据提取特征点,对提取的特征点用方向直方图描述子(SHOT)进行描述,并利用相似度函数将对应的特征点进行匹配;再采用Lmeds算法删除匹配错误的特征点,并完成2片点云数据的粗配准,获得较好的初始配准位置与姿态;最后,采用3D-NDT算法将粗配准后的点云数据进行空间体素化处理,运用概率分布函数完成点云数据的精确配准。结果表明,与其他点云数据配准算法相比,ISS-SHOT+3D-NDT算法的均方根误差最小、配准精度最高,特征点匹配率较高且运行时间短。 展开更多
关键词 ISS算法 方向直方图描述子 3D-ndt 点云配准
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基于三维正态分布变换的地面与SLAM点云配准 被引量：4
4
作者 孙文潇 王健 +3 位作者 张红月 曹裕超 李志远 李伟 《测绘通报》 CSCD 北大核心 2022年第S02期200-205,共6页
地下空间信息采集作为城市信息化、数字化建设的基础工作日趋重要,但单一平台传感器难以获取全要素位置信息,为此,本文将地面与移动激光扫描系统应用于地下空间测量领域。首先,针对场景特征相似、SLAM激光点云定位精度较差的问题,将其... 地下空间信息采集作为城市信息化、数字化建设的基础工作日趋重要,但单一平台传感器难以获取全要素位置信息,为此,本文将地面与移动激光扫描系统应用于地下空间测量领域。首先,针对场景特征相似、SLAM激光点云定位精度较差的问题,将其按照采集时间进行分段;其次,以初始点云块为基准,利用改进的三维正态分布变换(3D-NDT)算法实现局部点云块间的精确配准;然后,针对多平台点云的空间基准、观测视角等差异,通过构建距离和角度为约束条件的仿射不变量实现多平台点云的初步对齐,为其精配准提供良好的初始位置,并利用NDT算法实现多平台点云基准统一;最后,应用于地下管廊和矿山数据采集。结果表明,该方法对初始位置相差较大、特征较少的激光点云有良好的适用性,能够获取地下空间完整的位置信息。 展开更多
关键词 地下空间 多平台 点云配准 三维正态分布变换
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3D正态分布变换在多波束自动校准中的应用
5
作者 董新钰 《海洋测绘》 CSCD 北大核心 2023年第6期16-19,共4页
多波束测深数据存在横摇误差、纵摇误差、艏摇误差等,需进行校准。当前主要采用商业软件Caris进行人工手动校准,自动校准主要采用迭代最邻近算法等。针对Caris需要人工干预以及ICP容易陷入局部循环的缺陷,采用3D正态分布变换的配准方式... 多波束测深数据存在横摇误差、纵摇误差、艏摇误差等,需进行校准。当前主要采用商业软件Caris进行人工手动校准,自动校准主要采用迭代最邻近算法等。针对Caris需要人工干预以及ICP容易陷入局部循环的缺陷,采用3D正态分布变换的配准方式,通过建立联合概率密度函数,采用似然函数建立匹配点云与目标点云之间转换关系。利用Hessian矩阵和梯度向量求最优化转换参数,完成多波束条带的自动校准。本文结合Caris中的人工配准结果,通过对3D-NDT算法匹配效果进行对比分析,验证了文中算法在平坦地区、斜坡区域等多种地形中都取得了更优的匹配效果,为实现多波束自动校准提供了重要的算法依据。 展开更多
关键词 多波束测深系统 3D正态分布变换 最大似然函数 HESSIAN矩阵 目标函数梯度
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一种基于三维建图和虚拟现实的人机交互系统 被引量：33
6
作者 张辉 王盼 +1 位作者 肖军浩 卢惠民 《控制与决策》 EI CSCD 北大核心 2018年第11期1975-1982,共8页
以提高人机共融水平为目的,以救援机器人为背景,提出并实现基于三维建图和虚拟现实(VR)技术的人机交互系统.在该系统中,救援机器人基于多线激光雷达和惯性测量单元(IMU)实时构建环境的三维点云地图,并将建图结果增量式地表示为3D-NDT地... 以提高人机共融水平为目的,以救援机器人为背景,提出并实现基于三维建图和虚拟现实(VR)技术的人机交互系统.在该系统中,救援机器人基于多线激光雷达和惯性测量单元(IMU)实时构建环境的三维点云地图,并将建图结果增量式地表示为3D-NDT地图,实时传输至操作台的虚拟现实系统中可视化;同时,操作人员利用虚拟现实系统的交互设备生成机器人的控制指令,控制机器人运动,构成一个完整的人在回路的人机交互系统.该系统在将机器人环境实时在虚拟现实中可视化的基础上,可以给操作人员以极强的沉浸感,有利于操作人员更直接地理解机器人所处环境.此外,该系统作为一种新的人机交互方式,为提高人与机器人的自然交互水平提供了新思路,对促进人机交互技术的发展具有重要意义. 展开更多
关键词 人机交互 救援机器人 三维建图 虚拟现实 3D-ndt地图 沉浸感
原文传递
低成本单线激光雷达的曲面重建方法研究
7
作者 牛佳钰 王智炜 +2 位作者 陈苏 胡青龙 王世峰 《长春理工大学学报（自然科学版）》 2022年第3期48-55,共8页
目前已有的多线激光雷达造价昂贵,对空间场景的三维重建时存在扫描盲区,无法以全周方式完成对空间环境的三维重建。针对这些问题,设计一种单线激光雷达与步进电机相结合的点云扫描系统,配以3D-NDT配准算法完成复杂场景的三维重建。该设... 目前已有的多线激光雷达造价昂贵,对空间场景的三维重建时存在扫描盲区,无法以全周方式完成对空间环境的三维重建。针对这些问题,设计一种单线激光雷达与步进电机相结合的点云扫描系统,配以3D-NDT配准算法完成复杂场景的三维重建。该设计扫描范围大于16线激光雷达,而且可以仅对特定区域进行扫描,提高了空间扫描频率。采用一种配准评价算法对ICP与3D-NDT配准算法进行配准精度的评价,分析得出使用空间坐标算法得到数据类型更适用于3D-NDT算法。最后使用Delaunay三角剖分方法,对实验场景中的部分曲面进行重建,点云密度变化均匀的位置重建效果较好。 展开更多
关键词 单线激光雷达 空间坐标算法 正态分布变换算法 三维重建 三角剖分法 曲面重建
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基于图优化的三维激光雷达SLAM算法研究 被引量：1
8
作者 汤青 陈兵 +2 位作者 冯皓 李军 陈丹 《电子质量》 2023年第5期20-25,共6页
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,... 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0.0741、0.38895、0.0015 m,特别是z轴精度从1.68 m提升到了0.0015 m。 展开更多
关键词 图优化 三维正态分布转换 三维激光雷达点云 最大似然抽样一致性估计 边约束 地面约束
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