盖革APD激光雷达高空间分辨率三维重构方法研究

盖革模式阵列APD激光雷达由于像元数的限制导致重构的三维距离像分辨率低,严重限制了对场景信息的感知识别能力。为此,提出一种基于改进图像引导的盖革模式阵列APD激光雷达超分辨三维图像重构算法。主要研究基于配准后的盖革APD低分辨距离图像、增强电荷耦合器件(ICCD)相机高分辨强度图像和马尔科夫随机场模型,建立具有距离保真项和正则化项约束的全局能量函数,最终对优化模型的最优化求解实现高分辨强度图像对低分辨距离图像的超分辨引导重构。实验结果表明,相较于现有算法,文中算法在提升重构三维图像分辨率的同时,也使图像的边缘更加锐利。该研究对于盖革模式阵列APD激光雷达的目标探测、识别和跟踪具有重要意义。

山区铁路异物侵限监测系统研究

我国西南山区铁路沿线容易发生滑坡泥石流、危岩落石等地质灾害带来的异物侵限,危及行车安全。针对当前山区铁路异物侵限监测系统易存在误报和漏报、智能化低的问题,提出一种振动传感、三维激光雷达与视频多种传感器相融合的监测系统,设计研发低功耗无线振动感知设备、异物上道探测设备,并将该系统在多个山区铁路异物侵限监测工点进行应用。研究结果表明:该山区铁路异物侵限监测系统可有效降低误报率和漏报率,提高系统的智能化程度;渝怀铁路18处异物侵限监测工点,在2022-2024年2年的监测周期内,均未出现漏报,共计出现2次误报,并成功捕获1次真实落石冲击防护网事件,较好地检验了系统的性能及可靠性。研究结果可为山区铁路异物侵限监测系统开发研究提供一定的参考,有效保障铁路运营安全。

机载激光3D探测成像系统的发展现状

机载激光3D探测成像是通过激光主动成像产生目标的角-角-距、角-角-速度3D图像的一种新的探测成像技术。本文重点阐述了机载激光3D探测成像系统的原理、功能和系统的组成。介绍了该系统在军事和民用两大领域的应用,详细地讨论了近几年机载激光3D探测成像技术的国内外发展现状及动态,总结了该项技术的发展方向。认为国外的机载激光3D探测系统正向远距离、高分辨率、轻量化、低功耗、高实时性和人眼安全方向发展,而目前国内的相关研究仍处于实验室阶段,与国外相比还存在一定差距。文章最后以用户需求为例,从设计的角度对机载激光3D探测成像系统进行了分析,讨论了该系统在测距机制、扫描机构、探测器、数据处理和显示等方面的处理。

3D激光雷达中激光编码器的驱动控制

目的是解决激光器出光稳定性问题,3D激光雷达系统通过计算激光的飞行时间(Time Of Flight,TOF)得到目标的距离信息,经过处理所获得的数据信息恢复出探测目标的三维图像。激光雷达系统常用的调Q激光器存在着出光抖动的问题,而激光器的出光选通抖动直接影响了成像效果,所以解决激光器出光稳定性问题成为了提高TOF激光雷达性能的主要目标之一。方法是通过设计一种新型外置出光选通控制器,由高精度电机控制编码器高速旋转产生光通断信号,光电对管(光遮断器)将激光器发出的光脉冲信号转换为TTL触发电频信号来启动接收端数据采集器工作。结果获得更加稳定的选通时间。结论是这种控制方式减弱了3D激光雷达光选通时间的抖动,增强了3D激光雷达系统实时监测和可控性,使得激光雷达系统发射端能够长期稳定有效的工作。

基于2D激光雷达的快速3D测距系统的设计与实现

三维扫描激光雷达的优点在于能够快速准确地获取环境的三维几何信息,但同时它高昂的价格也大大限制了它的应用范围.设计了一个快速三维扫描激光雷达系统,并为其内在参数做了标定.系统主要由一个二维激光雷达、一个步进电机驱动的俯仰机械装置及其相关控制单元构成.专门设计的高速数据通讯卡实现激光雷达数据的高速传输,保证系统能工作在高速采样状态.对几个主要的内在参数做了分析,并采用最小误差平方和方法对系统做了标定.最后的实验结果表明,该系统扫描速度快,精度高,是一种以低成本获得高质量三维数据的有效实现手段.

大视场线阵推扫激光3D成像雷达光束整形

针对传统光束整形的窄带激光束能量主要集中在光束的中间部分,这种能量分布近似于高斯分布,无法满足大视场线阵推扫激光3D成像雷达的技术要求。本文提出一种新型的光束整形技术来解决推扫式激光雷达需要窄带状激光束的问题。该方法根据锥镜的光学特性,采用双轴锥改变激光束的空间能量分布,再经过柱面镜后激光束整形为"U"型窄带状激光束。实验结果表明,整形后的"U"型窄带状激光束能够满足大视场线阵推扫激光三维成像雷达技术要求。

3D非扫描成像激光雷达距离精度的Cramer-Rao下限

利用参数估计的方法进行了3D非扫描成像激光雷达距离精度的研究,根据数理统计的理论,分析了距离估计方差的Cramer-Rao下限(CRLB),推导出了3D非扫描成像激光雷达距离估计方差的CRLB计算公式.利用Monte Carlo仿真结果证明了推导的距离估计方差的CRLB具有有效性.通过推导的距离估计方差的CRLB,对3D非扫描成像激光雷达的距离精度影响因素进行了分析,结果表明,减小脉宽、增加脉冲强度、提高采样速率、降低系统噪声、增加探测器量子效率都可以有效提高目标距离精度.

利用激光3D成像技术对特殊道路边界探测方法研究

利用激光雷达传感器获得的三维距离信息,依据了道路边界的结构特点,分别采用了CS中值滤波和形态学滤波进行去噪,并利用距离图像中目标与周围环境梯度差异性,将目标从背景中分割出来。同时,利用定位的结果和三维距离信息,获取了目标的高度信息,以及与本车的纵向和横向位置信息,为安全避障提供了依据。通过实验验证,该方法具有较强的鲁棒性和较高的探测准确性。

3D激光扫描仪设计及数据处理

利用2D激光雷达配合云台装置,设计了一种3D激光扫描仪作为三维数据获取装置。根据扫描仪的硬件特性和传输特性,进行PC端的扫描控制系统以及数据处理系统的设计。扫描控制系统实现了对扫描范围以及扫描精度的控制和设定,数据处理系统针对采集到的原始数据,经过坐标的映射将相对坐标转换到全局坐标,并进行点云滤波,利用最小二乘进行曲面光滑,最终进行三角网格重建。经过多次实验结果证明,该系统可以对一般几何复杂度的三维场景进行较好的重建。

一种基于激光扫描雷达的挖掘面3D重构方法

为了实现挖掘机器人自动轨迹生成和轨迹跟踪,提出一种挖掘机器人的挖掘面3D重构方法。根据3D激光扫描雷达的三角形原理得到扫描点的坐标值,对扫描点进行聚类分析方法滤除噪声点,进行初始三角剖分、局部优化、着色和渲染得到三角剖分后平底坑的3D物理模型,并采用倒置棱台进行拟合,计算了所挖平底坑内腔的上表面和下表面之间的距离和下表面的几何尺寸。实践结果表明:该方法实现了对不规则平底坑内腔的测量,为挖掘机器人自主挖掘平底坑的自动轨迹生成和跟踪奠定了基础。

改进的距离选通3D成像激光雷达系统

非扫描激光雷达是激光雷达的研究热点,但能够获得距离信息的阵列探测器尚不成熟,导致非扫描激光雷达仍处于实验室阶段,限制了非扫描激光雷达的应用。现有的距离选通激光雷达成像速度慢,影响了系统的应用。基于积分型阵列探测器ICCD,设计了一种改进的距离选通3D成像激光雷达系统,实现了非扫描快速3D成像功能,并在理论和实验上对系统的性能进行了研究。实验获得的距离精度与理论结果完全吻合,距离成像精度可达0.1 m。该系统在目标探测与识别、机器人视觉、建筑物快速3D建模等方面具有广泛应用。

多激光雷达在煤矿巷道三维重构系统中的应用研究

煤矿巷道的三维重构系统在提升煤矿地质透明度和井下安全方面发挥着关键作用,然而煤矿井下环境复杂,传统的雷达测量方法往往耗时耗力且难以获取全面准确的信息。为解决这一技术挑战,探讨了激光雷达在煤矿井下巷道三维重构系统中的原理、方法和工作流程,提出了一种多激光雷达等间距分布方式,实现多个激光雷达同步采集巷道点云数据,并利用SLMA技术将这些数据进行融合,从而实现对整个巷道的三维重构。通过在2种煤矿井下工况条件下进行了现场试验结果表明,基于多激光雷达的巷道三维重构系统方案能够满足煤矿井下应用的要求。

选通门无扫描3D成像激光雷达研究

文章提出一种改进的无扫描3D成像激光雷达方案,发射激光脉冲照亮视场,利用ICCD相机探测回波信号,采用了一种新型的相位探测技术,本方案优点是激光脉冲可以相对较宽,降低了对带宽要求。经过仿真分析,发射脉冲下降时间与选通门上升时间对归一化积分系数的影响极小,降低了对器件的要求,验证了方案可行性。

基于3D SLAM算法的输电线路激光雷达移动测量系统设计

输电线路运行过程中会受到外力破坏及内部元件故障的影响,导致其检修难度较大,基于此问题,提出了基于3D SLAM算法的输电线路激光雷达移动测量系统设计。采用便携式结构装载硬件,方便移动。选择DSP和虚拟磁盘存储器两种数据采集装置,在中央处理器中进行数据的采集和存储。为获得高密度激光回波点的三维坐标,设计激光雷达系统,利用激光雷达固定中心对数据展开分析,用位姿图来表示具体位置。采用非线性最小二乘法计算目标函数,通过数学模型的计算方法,避免了外界干扰,从而得到准确的测量结果。由实验结果可知,应用该系统检测到输电线路故障点1坐标为(-60,100,-30),故障点2坐标为(100,-80,0),与实际故障点坐标一致,测量结果精准。

二维激光雷达的实时三维重建方法

激光雷达测距技术的发展为三维空间数据的获取提供了一种全新的技术手段,可以实现从传统的人工单点数据获取到连续自动数据获取的转变,大大提高了测量的速度和精度。然而,三维激光雷达数据获取设备具有价格昂贵、机动性较差、数据量过大及三维重建耗时过长等缺点,本文提出由二维激光扫描仪通过空间坐标变换算法实现三维点云获取,通过四元数算法将点云配准所得旋转平移矩阵优化,多次迭代取最优旋转平移矩阵,从而提高点云配准速度与精度。试验应用与分析结果表明,本文提出的二维激光雷达实时三维重建的方法,具有低成本、精度高、三维重建速度快的特点,满足现场低成本、实时、精确三维重建的测绘需求。

农业轮式机器人三维环境感知技术研究进展

[目的/意义]作为未来农机装备的研究重点,农业轮式机器人正向着智能化与多功能化的方向发展。三维环境感知技术因其获取的信息量丰富、复杂环境下的鲁棒性和适应性好,成为了农业轮式机器人智能化无人作业的基础与关键,其发展水平直接影响到包括农业轮式机器人在内的无人农机的作业质量与效率。[进展]本文首先总结了农业轮式机器人和农业环境感知技术的发展现状,分析了不同类型农业轮式机器人的使用特点和应用现状。其次分析了在农业轮式机器人上实现三维环境感知所主要使用的感知设备及其对应的关键技术,重点阐述了基于激光雷达、视觉传感器和多传感器融合的农业轮式机器人三维环境感知技术的研究进展。[结论/展望]结合农业作业特点与实际需求,指出了农业轮式机器人三维环境感知技术在适用性、环境信息处理和感知效果等方面存在的一些问题,并提出了提升传感器的农业适用性、发展基于深度学习的农业环境感知技术、发展智能化的高速在线多传感器信息融合技术三个方面的建议,以期为农业轮式机器人三维环境感知技术发展提供参考与借鉴。

CityMapper2在城市三维模型建设中的应用

我国正在加快构建新型基础测绘体系,全面推进实景三维中国建设。徕卡城市制图(CityMapper2)作为一款新型航空摄影系统,集成框幅式航摄仪、倾斜式航摄仪、激光雷达系统于一体,一次飞行能够获取多种数据,在大幅提升数据获取效率的同时,丰富了数据种类,实现优势互补。本研究利用大棕熊飞机(Kodiak 100)作为搭载平台对高密市进行航空摄影,建设城市三维模型,并对成果数据进行检验,结果表明,CityMapper2数据成果满足城市三维模型建设要求。

基于三维激光扫描的高拱坝仓面钢筋网智能识别方法

为实现高拱坝仓面混凝土智能化振捣施工,针对仓面边角区域钢筋网密布、不利于振捣棒插入的问题,提出了基于三维激光扫描的高拱坝仓面钢筋网智能识别方法。首先,通过激光雷达感知获取点云数据;然后,基于水平Azimuth和反射强度筛选点云并映射以计算其分布情况;最后,分析点云分布并建立钢筋网格点坐标,实现钢筋网智能识别。该方法在某混凝土坝工程中进行了试验验证,经检验方法可行,为钢筋网区域的精细化振捣提供了技术支撑。

基于激光雷达的无人驾驶系统三维车辆检测

本文以开发一套应用于无人驾驶的三维目标检测系统为目标,利用光学成像生成的图像纹理的丰富性、易于辨识场景、点云数据准确的距离信息和深度信息等优点,选择激光雷达和光学相机作为硬件平台,提取有效的场景信息。通过在汽车指定位置安装激光雷达和光学相机,固定其位姿,将激光雷达和相机统一在同一个坐标系中,融合单帧的点云和图像数据重建场景,更好地认知车辆周边的环境,再对融合的数据通过深度学习方法与传统方法识别三维场景地图中物体的位置和种类。

露天煤矿场景车载LiDAR点云台阶边缘线检测

露天煤矿开采过程中,矿山台阶边缘线的确定十分重要,传统矿山台阶边缘线量测方法工作量大,精度低、工作效率低下,降低了矿山地形建模效率和验收精度。因此,本文基于车载激光雷达生成露天煤矿密集点云数据,构建一种台阶边缘线提取方法,利用渐进形态学滤波对点云数据进行预处理,通过球半径滤波器、点云聚类、内在形状特征检测算法提取出点云数据中的台阶边缘线特征点,再通过样条拟合生成台阶边缘线。该方法可自动、高效地提取露天煤矿山台阶边缘线,可为矿山三维场景建模和开采监测提供技术支撑。