《動態環境下的實時高清大規模三維地形重建研究》是依託北方工業大學，由宋偉擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：動態環境下的實時高清大規模三維地形重建研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：宋偉
- 依託單位：北方工業大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
三維地形重建是機器人環境感知的重要研究方向，本項目將開發一套基於多種感測器融合的實時高清大規模三維地形重建系統，利用局部三維點雲、二維圖像、慣性數據重建全局三維地形模型。該系統分為四大功能模組：（1）多種感測器數據融合模組，基於最小二乘法估算出裝載的雷射雷達和攝像機間的投影矩陣，使局部的點雲數據精確地映射到拍攝的視頻流中；（2）大規模數據載入模組，提出基於去重原理的點雲和視頻圖像壓縮技術，利用有限的記憶體空間載入大規模點雲和高清的圖像信息；（3）三維前景背景分離模組，結合高度直方圖、三維像素密度圖、馬爾科夫隨機場模型和卡爾曼濾波器算法，將地形數據劃分為可行走的地表、靜態物體和動態移動物體三大類；（4）高清三維地形重建模組，利用多種渲染方法，實現大規模地形在虛擬環境中的實時真實感展現。此外，本項目採用GPU編程方法對圖形圖像算法並行計算處理，以實現地形重建的實時性。
結題摘要
移動機器人的三維地形重建技術是自動化領域中機器人環境感知與路徑規劃中的重要研究課題。相對於依靠視頻圖像的三維重建而言，通過多種感測器的地形重建技術具有數據精確、感知信息可靠和高真實感等優點。本項目裝備一輛擁有多種感測器的無人車平台，實現實時大規模三維地形重建。該平台裝備一台HDL-32E Velodyne LiDAR 雷射雷達收集三維點雲數據，三台GC655 VGA CCD攝像機拍攝機器人周邊圖像，一台MTi-G-700陀螺慣導定位儀對機器人進行位置和旋轉跟蹤。利用該平台，本項目開發了一套基於多種感測器融合的實時高清大規模三維地形重建系統，系統分為五大功能模組：（1）多種感測器數據融合模組，基於最小二乘法估算出裝載的雷射雷達和攝像機間的投影矩陣，使局部的點雲數據精確地映射到拍攝的視頻流中；（2）大規模數據載入模組，提出基於去重原理的點雲和視頻圖像壓縮技術，利用有限的記憶體空間載入大規模點雲和高清的圖像信息；（3）物體分割及追蹤模組，結合高度直方圖、三維像素密度圖、連通區域標記法、以及連續自適應MeanShift算法，將地形數據劃分為可行走的地表、靜態物體和動態移動物體；（4）物體識別模組，根據物體的幾何特徵，利用BP神經網路實現三維物體的離線模型訓練和線上物體識別。（5）高清三維地形重建模組，利用紋理格線和顏色粒子模型對大規模三維地形高清建模。此外，本項目採用GPU編程方法對圖形圖像算法並行計算處理，以實現地形重建的實時性。本項目所涉及的在動態環境下三維地形重建技術可廣泛套用在無人駕駛、城市建模、行星探索、礦藏探測、巡邏偵查等遠程控制領域，同時在模擬戰場、遠程監控、網際網路數字地圖、文化古蹟重建等多媒體技術領域也有廣泛套用。
