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基于坐标转换的多路侧激光雷达数据配准方法

山东大学学报（工学版） 2022年第6期52卷 41-49页

作者：周勇吕琛侯福金郭鑫铭宋修广山东高速建设管理集团有限公司山东济南250014 山东大学齐鲁交通学院山东济南250002 山东大学苏州研究院江苏苏州215123

为准确、高效地获取多个激光雷达配准结果,提出一种基于坐标转换的多激光雷达配准算法。将全球定位系统(global positioning system,GPS)数据转换到地心空间直角坐标系下表示,求解基于空间直角坐标系的激光雷达数据与地心空间直角坐标... 详细信息

为准确、高效地获取多个激光雷达配准结果,提出一种基于坐标转换的多激光雷达配准算法。将全球定位系统(global positioning system,GPS)数据转换到地心空间直角坐标系下表示,求解基于空间直角坐标系的激光雷达数据与地心空间直角坐标系数据间的映射关系,根据总体最小二乘法原理进行转换矩关系的优化,基于转换关系,将多个激光雷达数据配准到大地坐标系下,实现多个激光雷达数据在大地坐标下的融合。试验对比4种不同型号、不同线束的激光雷达数据转换效果,结果表明各型号激光雷达经配准后均可以GPS数据形式呈现,通过转换数据与测量数据相比,精度可达到5 cm。本算法可较准确快速地获取多激光雷达配准结果,将多个激光雷达数据统一配准到大地坐标系下,配准后的数据在定位、安全评估等领域具有较高的使用价值。

关键词：数据配准路侧激光雷达 GPS 坐标转换总体最小二乘法

基于随机采样一致性算法的激光点云大数据自动配准技术

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激光杂志 2023年第5期44卷 128-132页

作者：潘莹刘玉丽王君哈尔滨学院信息工程学院哈尔滨150086

激光点云大数据中存在冗余数据,导致其大数据自动配准过程中存在配准速率慢、精度差等问题,为此提出基于随机采样一致性算法的激光点云大数据自动配准技术。将初始半径和最小邻域拟作自定义变量,使用密度聚类法剔除冗余激光点云数据,运... 详细信息

激光点云大数据中存在冗余数据,导致其大数据自动配准过程中存在配准速率慢、精度差等问题,为此提出基于随机采样一致性算法的激光点云大数据自动配准技术。将初始半径和最小邻域拟作自定义变量,使用密度聚类法剔除冗余激光点云数据,运用双边滤波平滑点云信息;分析不同角度下两组激光点云数据的刚体变换关联,获取对应且不共线的采样点,将模型点配准率作为激光点云采样数据和真实数据一致性衡量指标,完成激光点云大数据初始配准;通过迭代最近法找出两个点云集合的最近点,利用M-估计方法优化误差惩罚函数,实现激光点云大数据自动配准。仿真结果证明,应用所提方法得到在未引入噪声时的激光点云数据配准重合度为0.97,噪声环境下的点云配准重合度为0.96,配准平均耗时为59.6 s。

关键词：随机采样一致性激光点云数据配准 ICP方法双边滤波

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飞机整机装配质量数字化测量技术

中国科学：技术科学 2020年第11期50卷 1449-1460页

作者：隋少春朱绪胜成都飞机工业(集团)有限责任公司成都610091

飞机几何外形即整机装配质量,直接影响整体装备的气动性能、隐身性能以及结构性能.为更加准确、高效、全面地评价飞机整机装配质量,本文提出了基于固定式测量站的飞机整机装配质量评价方法.首先介绍了整机固定式测量站的架构,对其包含... 详细信息

飞机几何外形即整机装配质量,直接影响整体装备的气动性能、隐身性能以及结构性能.为更加准确、高效、全面地评价飞机整机装配质量,本文提出了基于固定式测量站的飞机整机装配质量评价方法.首先介绍了整机固定式测量站的架构,对其包含的基站、激光扫描系统、自动化设备和系统软件进行了简要的介绍,并对各系统之间的关系进行了阐述.然后,对测量设备的测量原理、系统标定方法和坐标系配准方法进行了分析,通过基于一维靶的虚拟点集控制场外参数标定方法,提高标定效率,降低劳动强度,满足现场标定的需求.同时,在数据融合方面,对传统的奇异值分解方法进行了优化,通过利用随机抽样一致性算法结合奇异值分解方法,提出了RANSAC-SVD坐标系优化配准算法,可以剔除由于误差较大而不适合用于坐标系配准的参考点,仅采用波动较小的内点进行坐标系配准,可以有效地提高坐标系配准的精度.在此基础上,简述了该系统的工作原理,详述了飞机整机测量准备阶段、数据采集阶段和数据处理阶段所包含的主要任务和流程.最后,对相机的外参数进行了标定并对测量场内的精度进行了分析与测试,结果表明,重复测量精度可达到0.024 mm, 3D点坐标测量误差小于0.2 mm,且有60%的测量数据误差小于0.1 mm.

关键词：飞机几何外形飞机整机装配质量数字化测量固定式测量站数据配准

基于空间频率分析的激光全息三维建筑构建模型

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激光杂志 2023年第8期44卷 236-242页

作者：李宪广郑州商学院郑州451200

为高效精准构建建筑激光全息三维模型,设计基于空间频率分析的激光全息三维建筑构建模型。运用三维激光扫描仪采集建筑初始三维激光全息数据,并对其进行配准与滤波降噪的预处理。结合人眼视觉空间频率分析方法,压缩处理降噪后的高质量... 详细信息

为高效精准构建建筑激光全息三维模型,设计基于空间频率分析的激光全息三维建筑构建模型。运用三维激光扫描仪采集建筑初始三维激光全息数据,并对其进行配准与滤波降噪的预处理。结合人眼视觉空间频率分析方法,压缩处理降噪后的高质量建筑三维激光全息数据,向3D Studio Max内导入压缩后的数据,构建出激光全息三维建筑模型。结果表明,该模型可获得高质量的建筑三维激光全息数据,并达到理想的数据压缩效果。SSIM值均接近1,PSNR值均高于35 dB,平均压缩比达77.083,平均用时11 s。所构建模型的呈现效果清晰逼真,建模性能稳定。

关键词：空间频率分析激光全息三维建筑模型数据配准滤波降噪压缩处理

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适应性距离函数与迭代最近曲面片精细配准

浙江大学学报（工学版） 2017年第10期51卷 1920-1927页

作者：张梅彭星星贵州财经大学信息学院贵州贵阳550025

针对复杂曲面物体多视角激光扫描点云数据,提出从深度图像到完整几何模型的配准方法.根据空间点相对位置在刚体变换下的不变特性,利用曲率不变特征和归一化零均值互相关系数构造有效的初始匹配点对数组.基于单位四元数对匹配的特征点对... 详细信息

针对复杂曲面物体多视角激光扫描点云数据,提出从深度图像到完整几何模型的配准方法.根据空间点相对位置在刚体变换下的不变特性,利用曲率不变特征和归一化零均值互相关系数构造有效的初始匹配点对数组.基于单位四元数对匹配的特征点对进行坐标变换求解,完成数据粗略配准.探讨改正系数的确定方法与步骤,计算不同改正系数下的均值误差,得到最佳改正系数.运用适应性距离函数和改进迭代最近曲面片精细匹配技术,将不同视角点云在三维空间进行最优化匹配.根据匹配结果计算配准误差,对配准精度和速度进行统计分析.数值试验结果表明,该方法在保证配准精度的前提下能够有效地提高配准效率.

关键词：复杂曲面数据配准曲率特征适应性距离函数改正系数迭代最近曲面片

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低成本大视场深度相机阵列系统

武汉大学学报（信息科学版） 2018年第9期43卷 1391-1398页

作者：宋爽陈驰杨必胜李清泉武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室湖北武汉430079 武汉大学时空数据智能获取技术与应用教育部工程研究中心湖北武汉430079

在测距传感器不断轻量化、小型化以及室内外地图一体化导航应用的驱动下,三维（3D）室内移动测量成为当今研究和应用的热点,在室内建模、室内定位等新兴领域中的应用越来越广泛。3D室内移动测量系统通常配备激光扫描仪、全景相机、惯性... 详细信息

在测距传感器不断轻量化、小型化以及室内外地图一体化导航应用的驱动下,三维（3D）室内移动测量成为当今研究和应用的热点,在室内建模、室内定位等新兴领域中的应用越来越广泛。3D室内移动测量系统通常配备激光扫描仪、全景相机、惯性测量单元（inertial measurement unit,IMU）系统和里程计等传感器,虽能实现3D室内点云数据的采集,但其距离传感器-激光扫描仪价格昂贵且便携性较差。彩色深度（RGB depth,RGB-D）相机为低成本3D室内移动测量系统构建提供了新的距离成像传感器选择,但主流型号RGBD相机视场角小,继而导致数据采集效率远低于传统激光扫描仪,难以做到点云数据的完整覆盖与稳健采集,且易造成同时定位与制图（simultaneous localization and mapping,SLAM）过程中跟踪失败。针对以上问题,构建了一种低成本室内3D移动测量系统采集设备,通过组合多台消费级RGB-D相机构成大视场RGB-D相机阵列,提出了一种阵列RGB-D相机内外参数标定方法,并通过实验检验了设计系统采集的点云数据的精度。

关键词：深度相机 RGB-D相机多传感器标定数据配准数据融合

基于数据配准的零件精密装配最佳接触状态研究

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兵工学报 2018年第1期39卷 127-136页

作者：张体广张发平阎艳吴迪王戈郭少伟北京理工大学机械与车辆学院北京100081

针对零件表面几何形状误差分布对装配精度的影响与零件装配后配合表面接触状态尚不清楚的问题,提出一种基于数据配准的零件配合表面最佳接触状态确定方法。分析零件表面几何形状误差分布特性,利用数据配准技术提出配合表面接触点确定方... 详细信息

针对零件表面几何形状误差分布对装配精度的影响与零件装配后配合表面接触状态尚不清楚的问题,提出一种基于数据配准的零件配合表面最佳接触状态确定方法。分析零件表面几何形状误差分布特性,利用数据配准技术提出配合表面接触点确定方法,并采用粒子群优化算法求解最佳接触状态;在此基础上采用小位移旋量表示零件表面的几何形状误差,提出一种基于接触状态的配合误差计算方法,从而实现零件装配精度的初步预测;通过实验验证了所提模型和方法的有效性。研究结果表明:数据配准方法可确定零件装配时的接触点位置和接触状态,预测精密高刚度零件的装配精度;从统计意义上证明,零件的形状误差分布对精密装配的影响不可忽略。

关键词：几何形状误差数据配准粒子群优化算法配合误差装配精度

飞机复杂装配部件三维数字化综合测量与评估方法

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航空学报 2013年第2期34卷 409-418页

作者：刘胜兰罗志光谭高山叶南张丽艳南京航空航天大学机电学院江苏南京210016 沈阳飞机工业(集团)有限公司制造工程部辽宁沈阳110850 安徽工业大学数理学院安徽马鞍山243002

飞机复杂装配部件的全尺寸数字化综合测量与评估,能为飞机制造质量的持续提升提供重要的数据基础。测量工作要求在没有专用测量工装、不影响后续装配工序、受现场环境限制的情况下进行,具有被测对象外形复杂、存在自身遮挡、各部位测量... 详细信息

飞机复杂装配部件的全尺寸数字化综合测量与评估,能为飞机制造质量的持续提升提供重要的数据基础。测量工作要求在没有专用测量工装、不影响后续装配工序、受现场环境限制的情况下进行,具有被测对象外形复杂、存在自身遮挡、各部位测量数据要求不同、数据拼合及模型配准困难等难点。本文提出一种综合采用离散目标点摄影测量、结构光面扫描测量和手持式光笔接触测量的现场测量方案,以相互兼容的视觉目标靶点为不同测量方法之间数据定位融合的桥梁,实现了复杂装配部件的全尺寸现场测量。为使测量数据与CAD数模有高可靠性、高精度的配准,研究了配准点集的约束强度度量指标,以及配准误差的定量分析方法,在此基础上提出了配准约束强度优选参考值和临界阈值,可以有效指导飞机装配部件的现场数字化综合测量和质量评估。运用提出的综合测量方法和配准点选取准则,对某型飞机前机身进行了现场实际测量和数据分析,为复杂装配部件几何精度综合评估提供了有效方法和数据依据。

关键词：数字化测量飞机装配视觉靶点数据配准配准点

基于路侧激光雷达和摄像头融合的目标轨迹追踪方法研究

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基于路侧激光雷达和摄像头融合的目标轨迹追踪方法研究

作者：皮任东山东大学

学位级别：硕士

随着汽车保有量的不断增加,复杂的交通环境导致交通压力与日俱增,交通拥堵和交通安全等问题日益显著。因此,获取可靠准确的道路目标轨迹信息对于研判交通态势、降低交通冲突风险以及保障道路通行效率等起着至关重要的作用。目前常见的... 详细信息

随着汽车保有量的不断增加,复杂的交通环境导致交通压力与日俱增,交通拥堵和交通安全等问题日益显著。因此,获取可靠准确的道路目标轨迹信息对于研判交通态势、降低交通冲突风险以及保障道路通行效率等起着至关重要的作用。目前常见的多目标轨迹追踪方法多依靠单一传感器进行,容易产生精度低、鲁棒性差等问题。鉴于此,本文基于路侧激光雷达和摄像头两种传感器数据,进行了二者时间和空间配准方法研究,探究了不同布设姿态对于路侧激光雷达和摄像头的配准效果影响,为二者轨迹数据信息融合奠定基础。通过多项评估指标,系统研究了四种注意力机制对2D和3D目标检测算法的性能影响,并比选出了目标检测性能更好的目标检测算法,为目标轨迹追踪提供了可靠的数据支撑。基于对点云质量(数量、密度等)距离衰变特性的考虑,提出了基于自适应权重系数的轨迹信息融合算法,实现了同一时空下多维度轨迹信息的相互融合,弥补了单一传感器在进行目标轨迹追踪时的不足。依据研究成果,所取得的主要结论如下:(1)设计构建了多源数据采集平台,提出了基于点云和图像数据时间戳的时间配准方法,经配准后所得的激光雷达和摄像头同一时刻数据时间差不大于0.1s;基于张正友平面标定法和平面靶模型,完成路侧激光雷达和摄像头的内外参标定;通过对比分析水平和垂直布设方式不同间距下的重投影误差及效果,得到适宜的布设间距。(2)从目标检测算法试验中可以得出,通过添加注意力机制可以有效提升2D或3D目标检测模型性能;在2D目标检测算法方面,添加注意力机制有利于提升目标检测网络精度和和准确率,其中通过添加CoordAtt模块,算法检测精确率提升最高,相较原算法提升了 4.48%。在3D目标检测算法方面,针对“汽车”道路目标,添加注意力机制对算法性能提升不明显;针对“行人”道路目标,添加注意力模块后,检测算法在bbox、3d和aos三种指标上有所提升,在bev指标上,模型性能有所降低,但总体来看,添加注意力机制模块有助于提升目标检测算法性能。针对“非机动车”道路目标,通过添加Ecalayer注意力模块或SELayer模块,相较原算法,在四种性能评价指标上获得显著提升,其中在bbox和aos两项指标上平均提升了 8%。(3)通过引入点云质量的距离衰变特性,创新地提出了基于自适应权重系数的目标轨迹追踪方法。在轨迹追踪方法准确性方面,所提出的轨迹追踪方法在匀速试验场景下,能够较为准确地计算出目标行驶速度,计算误差不大于10%。在轨迹追踪方法鲁棒性方面,在5种不同的道路场景下,该方法均能取得较好的轨迹追踪效果;相较单一的2D或3D轨迹追踪算法,有效提升了轨迹追踪范围;针对机动车、非机动车和行人三种常见道路目标,该方法可有效缓解目标丢失现象,断连轨迹修复率分别为12.9%、40%和38.24%。

关键词：轨迹追踪目标检测数据配准注意力机制自适应权重