危化品仓储激光扫描差值去噪算法的研究

为了实现对危化品仓储堆垛安全距离的实时监测和预警,采用由激光测距、旋转云台、编码器等组成的激光扫描监控阵列对垛距进行安全监测。针对激光测距扫描点云数据中异常噪声的问题,采用差值去噪算法。该算法是将扫描得到的激光测距数据点按角度值进行从小到大排序后,相邻两点的距离值依次取差值,然后对距离差值与预设阈值进行比较,滤掉噪点数据。针对几种不同尺寸和形状的障碍物进行了实验研究,结果表明差值去噪方差值明显小于加权二乘、Savitzky-Golay等拟合算法,该算法不仅能有效去除扫描点云数据中的异常噪声,同时较另外两个算法,数据完整性和可靠性更高。     

基于ASODVS的全景点云数据获取技术的研究

针对现有三维激光扫描设备不能同时获取空间点云的坐标信息和色彩信息,多视角点云数据配准复杂等问题,采用了一种将全方位视觉传感器ODVS(Omni-directional Vision Sensor)和可移动360°面激光光源相结合的主动式全景视觉传感器ASODVS(Active Stereo Omni-directional Vision Sensor)来获取点云数据。通过人机接口对ASODVS的扫描步长和速度等进行控制,实现了边扫描边获取全景点云数据;对获取点云数据空间信息过程中的关键技术——激光投射点提取算法进行了深入研究;采用了3种不同的全景激光线提取算法对全景切片图像中激光投射点进行提取,并实验研究了各自的优劣;实验结果表明,对于ASODVS而言,帧间差提取算法能有效快速准确的提取三维全景场景中激光投射点,并具有消耗计算机资源少、操作过程自动化、生成数据有序等优点。     

基于三维激光扫描和BIM的构件缺陷检测技术

为了自动检测建筑构件的在生产及运输过程中产生的缺陷,提出了基于三维激光扫描和BIM模型的建筑构件检测方法。首先利用三维激光扫描仪获取构件对象的实际点云,并通过弦高偏差法实现点云去噪,同时基于BIM搭建构件的三维模型,通过stl文件将模型对象转换为期望点云。然后分别利用PCA算法和基于K-D树的ICP算法实现点云的初始配准和精配准。最后利用局部均方根值评估构件的误差大小,并通过基于霍夫变换的线性回归分析方法实现了误差量化。通过实例验证了所提算法的可行性与准确性。     

基于点云数据的三维目标检测技术研究进展

近年来,随着深度传感器和三维激光扫描设备的普及,点云数据引起了广泛关注。相对于二维图像,点云数据不仅包含场景的深度信息,还不受光照等环境因素的影响,能够更精确地实现目标识别和三维定位。因此,基于点云的三维目标检测技术已经成为智能空间感知和场景理解的关键技术。本文首先介绍了点云数据的特点,并探讨了不同类型的点云特征提取方法;其次,详细阐述了基于体素、点、图以及体素与点混合的点云目标检测方法的原理和发展历程;然后,介绍了常见的室内外点云目标检测数据集和评价指标,并对各类点云目标检测方法在KITTI和Waymo数据集上的性能进行了详细的比较和分析;最后,对点云目标检测技术的研究进展进行了总结和展望。     

三维光学扫描技术逆向工程应用研究

针对三维扫描测量数据因为原始点云在获取时受环境等客观条件限制,存在不可避免的噪声点、飞点、重叠点云等现象,以致存在点云密度大、运算复杂、计算周期长等问题,本文以在逆向工程中具有将三维物体几何信息转换为计算机能直接处理的二维数字信号的功能的三维光学扫描技术为基础,研究了三维扫描技术应用的主要设备、常用软件、使用方法和实体建模商用软件,研究了其原理及数学模型;结合XJTUOM,制定了扫描策略,以某型号汽车皮带轮和减震器托盘为例进行了实践操作,结果表明:该设备能够满足在逆向工程的应用,其扫描精度接近原始数模的相似度为98%。     

基于VG-DBSCAN算法的大场景散乱点云去噪

针对城市环境下三维激光雷达(LiDAR)点云数据密度不均匀、离群噪点多而不利于后期点云帧间匹配的问题,提出一种应用于城市环境下大规模散乱LiDAR点云的离群噪点滤除算法。该算法对传统的基于密度的噪声应用空间聚类(DBSCAN)算法进行改进,通过对三维点云进行体素栅格划分,创建了一个由栅格单元组成的集合,以此大幅减小每个对象在数据空间中邻域的搜索范围。改进后的算法能够快速发现各个聚类,使目标点云与离群点分离,从而剔除点云中的离群噪点。实验结果表明:所提算法能够实时处理点云数据,在保证点云三维几何特征的同时能有效识别并滤除点云中的离群噪点,降低点云规模,加快点云后续处理的效率,使帧间匹配的精确度提高了2倍,且匹配耗时仅为去噪处理前的1/3。     

反射光干扰下的格雷码结构光三维测量方法

在使用结构光进行三维重建与测量的过程中,为避免物体表面的反射光产生噪声干扰,导致错误的三维测量结果,提出一种在三维扫描系统中用于防止反射光干扰的投影补偿算法,利用高空间频率投影图案的概念,对场景中被反射光干扰的点进行去噪。再用统计分析算法对点云数据进行去噪、反馈并得到投影图的掩码图案,经过多次投影补偿后得到场景的三维点云数据。通过自行搭建的格雷码结构光三维扫描系统对实物场景进行扫描重建。实验表明该系统对于反射光的干扰具有较好的鲁棒性,且投影数量减少,验证了算法及系统的可行性。     

激光扫描匹配方法研究综述

激光扫描匹配是利用激光雷达进行导航、定位与地图构建的基础,本文对各类激光扫描匹配方法进行了综述。将现有方法归纳为基于点的扫描匹配方法、基于特征的扫描匹配方法和基于数学特性的扫描匹配方法 3类,系统总结了相应类型的常见方法;对典型的算法及其改进算法进行了梳理,并指出了存在的主要问题和发展趋势;介绍了激光扫描匹配方法性能评价和对比的最新研究进展,最后,展望了激光扫描匹配技术未来的研究方向。     

一种基于激光传感器快速检测透平叶片的方法

以标准球作为测量基准,以线扫描激光传感器作为测量手段获取透平叶片的全数据测量点云.测量设备采用四坐标测量机搭载激光线扫描传感器的方式,以保证叶片的测量效率,并兼顾测量机的控制准确度.通过测量机获得透平叶片的点云数据,并对获得的截面点云数据进行误差补偿、去噪、简化等预处理操作,利用非均匀有理B样条曲线拟合算法得到叶片特征曲线.实验结果证明该方法可以有效地提高叶片前后缘的重构准确度,并为叶片的三维建模提供更为准确的原始数据.     

于散乱三维点云的缺陷检测和三维重构方法

设备表面的缺陷检测对于保证安全生产避免经济损失具有重要意义。针对基于设备表面散乱三维点云缺陷检测和三维重构算法复杂的问题,提出了一种基于散乱三维点云的缺陷检测和三维重构方法。对散乱三维点云沿某一轴向进行分层处理,将同一层内的三维点进行移位规则化处理,并对规则化的三维点云进行缺陷检测和三维重构。分别对无缺陷设备表面和凹凸缺陷设备表面进行缺陷检测和三维重构,规则化前后三维数据缺陷计算结果相对误差为1.01%。实验结果表明,将散乱三维点云分层和规则化处理有效降低了缺陷检测和三维重构的复杂度,易于实现。     

Using Laser Measuring and SFM Algorithm for Fast 3D Reconstruction of Objects

Effective measurement of the reflective or transparent surface of an object has always been a disadvantage in laser scanning modeling. We propose a fast and complete three-dimensional (3D) reconstruction method for small static objects using laser scanning and the structure from motion (SFM) algorithm. Meanwhile, a complete reconstruction workflow is designed and a multi-angle 3d reconstruction system is set up. To generate the complete point cloud model of the object, the SFM algorithm is used to reconstruct the surface part of the object, the data for which cannot be obtained by the laser measuring instrument. The experimental results show that this method not only improves the speed, accuracy, integrity, and visual effect of 3D reconstruction of small objects, but also extends the scope of 3D reconstruction of laser measurement.     

基于三维激光扫描的物体重构建模

针对锂离子电池SOC(荷电状态)难以估算的问题,通过对电池建立等效的Thevenin电路模型,对不同时刻的SOC的模型参数进行拟合得到动态的模型参数,在Matlab中借助Simulink建立仿真模型,采用模块化结构,建立基于卡尔曼滤波算法的电池SOC估算系统;利用测得的电池电压电流,仿真系统可直接估算出实时的电池SOC,与实际的电池SOC对比,误差保持在2.5%以内,表明该方法可以有效的估计电池的SOC,对于锂离子电池在实际应用的容量估算有着重要意义。     

基于激光点云多条件约束的相机检校方法

为了克服相机检校对二维/三维检校场的依赖,提出一种基于激光点云多条件约束的相机检校方法。该方法通过对相机获取的多视影像进行光束法平差获得初始相机参数;利用影像点云与其最邻近的激光点云之间的位置关系,以共线方程为基础模型,建立多条件约束的相机检校数学模型;使用不等式约束的最小二乘方法平差迭代解算相机参数。将本文方法与基于三维控制场的检校精度进行了实验对比分析,结果表明本文方法与基于三维控制场的检校精度相当,两者反投影平均误差相差小于0.1 pixel,验证了本文方法在没有传统检校场的情况下进行相机检校的可行性。     

应用理性优化蚁群算法提高激光三维复制的重现度

三维复制人工耳和打印手枪把激光三维复制技术推向新的一页。激光三维扫描是激光应用中一个新兴的重要领域,在三维复制中扮演着无可替代的角色,其复制精度在目前所有复制技术中是最高的。而重现度标志着复制结果与复制对象几何形状上的一致程度,是激光三维复制最重要的指标。分析了激光三维复制的误差,得出激光扫描的点云数据处理是减小误差、提高重现度的关键所在的结论。主要创新点在于,在传统蚁群算法的基础上,将提出理性优化蚁群算法应用于激光三维复制中的数据处理。经计算对比发现,有效减小了复制的误差,提高了复制的重现度。     

基于SIFT算法及阈值筛选的点云配准技术研究

随着三维测量技术应用领域的逐渐拓宽，点云数据处理技术的需求日益迫切，而多视点点云配准，是其中的基础技术环节。在此针对传统ICP算法鲁棒性差、对迭代初值敏感、计算效率低等缺点，提出一种SIFT算法与阈值筛选相结合的点云配准算法。在参考点云和待配准点云中，通过计算SIFT关键点及各点主曲率，获得初始匹配点集；然后根据相似三角形阈值和法向量夹角阈值，进一步优化点对间的旋转平移关系。实验结果证明，相对于传统算法，改进算法能够以更短的时间来获得准确的配准效果，并且其自动化程度高以及能有效提高点云配准的效率和精度。     

基于TDLAS技术的云水含量检测系统

针对传统云水含量传感器体积大,功耗大等问题,本文基于可调谐半导体激光器吸收光谱技术,研制了一种云水含量检测系统.采用1 368.6nm分布式反馈半导体激光器作为检测光源,设计了基于TLC7528芯片的正交锁相放大器,提高了测量的稳定性和抑制噪声的能力;单板实现了激光器驱动、谐波信号处理、浓度反演功能.系统在不同浓度,不同温度下进行在线检测,实验结果表明,系统响应时间为10s左右,水含量在0~16g/m3范围内误差小于5%,在-55^+60℃条件下可正常工作.该系统体积小,检测精度高,响应速度快,性能不受温度影响,很好地满足了机载云层探测需要.     

基于激光扫描的接触网几何参数检测方法研究

针对当前电气化铁路接触网几何参数日常检测的需求,提出了一种基于激光扫描的接触网几何参数检测方法,即结合激光扫描仪、光电编码器和工控机等硬件设备进行编程处理以实现相关几何参数的非接触式采集、采样点定位和数据处理以获得接触网的各个几何参数,经试验该方法能有效的提高接触网几何参数检测精度,测量精度达到±3mm,具有实际意义。     

基于IMU的3D扫描仪倾角标定方法北大核心CSCD

3D扫描仪以精度高、速度快、自动处理、稳定性好等优势在场景三维重建、智能制造、自动驾驶、虚拟现实等领域得到了广泛的应用。目前3D扫描仪设备多是安装在三脚架上,容易因为地面不平使得扫描仪的转轴和重力方向产生夹角,最终导致拍摄出的全景图和点云倾斜,成为影响三维重建精度的关键难题。针对该问题,提出一种借助惯性测量单元标定3D扫描仪倾角的方法。该方法利用惯性测量单元输出的加速度信息,通过一个面阵相机建立惯性测量单元和3D扫描仪的联系,将惯性测量单元的加速度信息转到扫描仪的转轴上。利用该信息计算出扫描仪转轴与重力方向的夹角,并将该倾角补偿到生成的全景图和点云中,校正倾斜模型。通过实验对校正前后计算的角度进行对比,实验结果证明倾角测量误差可以控制在0.5°以内。并且经过标定后,精度至少提升20%,验证了整个标定方法的可靠性和准确性。     

一种面向空间非合作目标位姿测量应用的三维点云滤波算法

针对激光位姿敏感器获得的原始点云有噪声和直接参与解算消耗星上计算资源过大问题,给出一种适用于空间非合作目标位姿测量的点云滤波和特征提取算法。应用仿真的方法分别验证了算法滤除空间随机噪声和点云降采样的有效性,验证了特征点对目标位姿变化和高斯测量噪声的鲁棒性。在非合作目标绕飞、抵近、捕获全物理试验平台上,以扫描激光位姿敏感器获得的原始点云数据为输入,验证了算法在实际空间目标位姿测量中的性能。试验结果表明,该算法实现了原始点云93.1%的降采样,节省了92.9%的位姿解算时间,可有效提升星上数据处理的效率和姿态解算的实时性。