基于激光雷达的三维建图的方法技术

本发明专利技术公开一种基于激光雷达的三维建图的方法，主要解决现有的2D激光雷达在不借助其他传感器辅助的情况下，难以实时绘制精细三维地图的问题。其实现步骤如下：首先获得带有坐标信息的点云；然后使用双边滤波算法对点云进行滤波处理；接着由激光雷达测距算法计算激光雷达点云中每一个特征点的位移；最后用绘图算法将扫描到的点云配准到世界坐标系上，构成三维点云图。本发明专利技术仅使用激光雷达和电机组合的平台而不使用其他传感器辅助即可完成实时地构建高质量的三维点云图，可用于移动机器人对地形数据的测绘和对未知环境的探知。

Method of 3D drawing based on laser radar

The invention discloses a 3D mapping method based on laser radar. It mainly solves the problem that the existing 2D lidar is difficult to draw the detailed three-dimensional map in real time without the help of other sensors. The steps are as follows: first obtain point cloud with coordinate information; and then use bilateral filtering algorithm for point cloud filtering; followed by the laser radar ranging algorithm to calculate the displacement of each LIDAR point cloud feature points; finally, the drawing algorithm will scan the point cloud registration to the world coordinate system, a three-dimensional point cloud. The invention only uses laser radar and motor combined platform without using other sensors to complete the real-time construction of high quality 3D point cloud images, which can be used for mobile robot's mapping of terrain data and the detection of unknown environment.

【技术实现步骤摘要】
基于激光雷达的三维建图的方法
本专利技术属于激光雷达点云处理
，特别涉及激光雷达测绘领域中的一种2D激光雷达实时地进行三维绘图的方法，可用于移动机器人对地形数据的测绘和对未知环境的探知。
技术介绍
由于激光雷达对环境光照和场景中的光学纹理不敏感，目前大多数应用使用激光雷达进行定位及绘图。当激光雷达的扫描速率远高于其自身运动时，扫描期间由于运动造成的失真通常可以忽略，在这种情况下，可用标准的ICP算法对激光雷达进行三维建图。然而，在移动的平台上使用激光雷达三维建图是困难的，如果激光雷达的自身运动较快，由于扫描期间激光雷达的运动造成的失真就会严重影响建图。因此在构建点云时，必须同步解算扫描期间移动平台的运动轨迹，否则点云结构将严重失真并且可能无法识别。J.Hertzberg等人提出了一种采用频繁停止平台运动的方法以进行固定扫描，见Nuchter,A.,Lingemann,K.,Hertzberg,J.,&Surmann,H.6DSLAM-3Dmappingoutdoorenvironments[J].JournalofFieldRobotics,2007.16(4):337本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于激光雷达的三维建图的方法，包括如下步骤：(1)将激光雷达安装在由电机控制的旋转平台上，且以激光雷达当前所在的位置为雷达坐标系的原点，激光雷达的正前方为x轴，雷达坐标系遵循右手定则；(2)激光雷达输出扫描到的点到原点的距离d、点与原点的连线l和zOy平面的夹角θ1，电机输出l与x轴的夹角θ2；(3)使用(2)中扫描到的点到原点的距离d、l与zOy平面的夹角θ1和l与x轴的夹角θ2，解算激光雷达点云中每一个点在激光雷达坐标系中的坐标，输出带有坐标信息的点云Vn；(4)使用双边滤波算法对点云Vn进行滤波处理，输出滤波后的点云Cn；(5)用激光雷达测距算法对滤波后的点云Cn进行处理，即计算两次...

【技术特征摘要】
1.一种基于激光雷达的三维建图的方法，包括如下步骤：(1)将激光雷达安装在由电机控制的旋转平台上，且以激光雷达当前所在的位置为雷达坐标系的原点，激光雷达的正前方为x轴，雷达坐标系遵循右手定则；(2)激光雷达输出扫描到的点到原点的距离d、点与原点的连线l和zOy平面的夹角θ1，电机输出l与x轴的夹角θ2；(3)使用(2)中扫描到的点到原点的距离d、l与zOy平面的夹角θ1和l与x轴的夹角θ2，解算激光雷达点云中每一个点在激光雷达坐标系中的坐标，输出带有坐标信息的点云Vn；(4)使用双边滤波算法对点云Vn进行滤波处理，输出滤波后的点云Cn；(5)用激光雷达测距算法对滤波后的点云Cn进行处理，即计算两次连续扫描之间激光雷达点云中每一个特征点的位移；(6)令开始扫描时激光雷达所在的位置为世界坐标系的原点，利用激光雷达绘图算法将Cn配准到世界坐标系上，构成三维点云图。2.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(4)中使用双边滤波算法对点云Vn进行滤波处理，按如下步骤进行：(4.1)建立k-邻域：令点云Vn中所有点的集合为：Cloud2＝{p1,p2,…pi…,pn}，其中pi为点云Vn中第i个点，i∈(1,n)，n为点云Vn中所有点的个数；假设有一点p∈Cloud2，将与p点最邻近的k个点设为p的k-邻域k(p)；(4.2)使用最小二乘法在k-邻域k(p)内构造一个平面，称为点p在k(p)上的切平面S(p)；(4.3)计算切平面S(p)的法向量用作为S(p)的法矢量估计；(4.4)将点云Vn中每一个点的坐标通过下式进行滤波：其中，表示滤波后的点坐标；f表示Vn中需要改正的点的坐标；表示其对应的法矢量估计；L为双边滤波因子，式中，δc为点的邻域半径，δs为邻域点的标准偏差，是δc的高斯核函数，是δs的高斯核函数，fi是Vn中第i点的坐标。3.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(5)中通过计算两次连续扫描之间激光雷达点云中每一个特征点的位移来恢复激光雷达的位移量与旋转角度，按如下步骤进行：(5.1)令α是点云Cn中的点，M是点云Cn中所有点的集合,定义变量h作为α的局部平滑度:其中，是双边滤波后的点α的坐标，是点云Cn第i个点的坐标，i∈(1,n)，n为Cn中所有点的个数；(5.2)对点云Cn中每一点的h值进行排序...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙伟，刘立新，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61