基于地面移动机器人感知信息的三维地图构建

论文题目: 基于地面移动机器人感知信息的三维地图构建

论文类型: 硕士论文

论文专业: 模式识别与智能系统

作者: 孙珺

导师: 赵春霞

关键词: 立体视觉,三角剖分算法,伪彩色显示,三维地图构建

文献来源: 南京理工大学

发表年度: 2005

论文摘要: 当今,在未知环境中,应用移动机器人构建环境的三维地图正成为移动机器人研究中的热点问题,日益受到研究人员的关注。移动机器人构建地图的过程,实际上就是移动机器人根据其感知信息对其活动环境建模的过程。本文主要是围绕三维地图的构建进行阐述,重点研究了野外场景中三维地图构建的有关问题,结合基于视觉传感器得到的深度数据以及采用惯性导航系统和GPS方法获取的车体定位数据进行三维地图的构建,达到利用实际地域环境数据,实现基于多传感器的地面智能移动机器人软件系统的离线拟实仿真调试的目的。通过大量的实验验证了一系列算法的有效性、可行性。本文首先研究了三维地图构建的前期算法,包括摄像机标定、立体视觉的匹配和高度数据获取等几个步骤。由左、右CCD拍摄的一组场景图配对后得到致密视差图,并且进行高度计算后用网格记录高度信息。然后基于某一单帧信息,运用OpenGL绘制了一个三维场景,采用了三角剖分算法将一系列三角面片拼合这个三维场景。此外,强度分层等伪彩色技术的运用和法向量的计算大大增强了可视化效果。这些工作是三维地图构建的基础。最后提出了一套三维地图构建算法,完成了三维地图的构建。先是进行坐标变换,将机器人坐标系下的网格区域坐标转换到全局坐标系下;进而提出数据优化思想,引入块网格的定义并初始化块网格;最后基于块网格进行高度计算,并且修正高度值的误差,使得构建的三维地图更加精确、真实。得到的与二维地图对应的三维地形地图被应用于移动机器人系统或者自主车运动系统进行道路建模、障碍识别以及路边检测。

论文目录:

摘要

Abstract

1 绪论

1．1 有关背景

1．2 地图构建研究现状

1．2 ．1 地图构建代表性研究工作

1．2 ．2 地图构建研究中的问题与展望

1．3 本文内容安排

2 三维地图构建的前期算法

2．1 引言

2．2 视觉传感器的特点

2．3 摄像机标定

2．3 ．1 摄像机模型

2．3 ．2 摄像机标定的任务

2．3 ．3 摄像机标定的方法

2．4 立体视觉的匹配

2．4 ．1 选择匹配基元

2．4 ．2 实际应用中对算法的评价

2．5 获取深度数据

2．5 ．1 视差原理

2．5 ．2 高度计算

2．5 ．3 用网格记录高度信息

2．6 本章小结

3 基于单帧信息的三维场景的绘制

3．1 引言

3．2 OpenGL编程

3．2 ．1 OpenGL库函数

3．2 ．2 VC平台下OpenGL编程步骤

3．3 彩色技术的应用

3．3 ．1 灰度变换

3．3 ．2 强度分层

3．4 利用三角剖分绘制场景

3．4 ．1 重建原理

3．4 ．2 法向量的计算

3．5 三维场景绘制的结果图

3．6 本章小结

4 三维地图的构建

4．1 引言

4．2 坐标系的定义

4．2 ．1 机器人坐标系

4．2 ．2 机器人坐标系下的网格区域

4．3 地图的表示方法

4．4 地图构建算法

4．4 ．1 算法描述

4．4 ．2 坐标转换

4．4 ．3 块网格的定义与初始化

4．4 ．4 块网格的补充说明

4．4 ．5 基于块网格的高度计算

4．4 ．6 高度值的修正

4．5 三维地图效果图

4．6 本章小结

5 总结和展望

致谢

参考文献

发布时间: 2005-09-12

参考文献

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[8].基于Petri网的移动机器人控制系统设计[D]. 王硕.华侨大学2018
[9].通用移动机器人调度系统研究与设计[D]. 叶杨笙.浙江大学2018
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基于地面移动机器人感知信息的三维地图构建

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