面向室内移动机器人的改进3D-NDT点云配准算法

点云配准是室内移动机器人位姿估计和环境构建的关键步骤,现有点云配准算法难以工作在低纹理场景中。为提高室内移动机器人环境适应能力,提出了一种改进三维正态分布变换(3D-NDT)点云配准算法。通过改进ORB特征提取算法,确保低纹理下的特征点提取;此外,为提高点云配准精度和效率,提出改进的3D-NDT算法快速获取高精度的点云配准矩阵。采用国际知名的公共数据集TUM作为评测数据,实验结果表明本文算法达到或优于现有主流点云配准算法的性能(均方根误差低于0. 02 m),相对传统3D-NDT算法配准时间缩短3倍以上;并且能工作在低纹理场景中。因此,改进的算法能提高室内移动机器人环境适应能力。     

基于图像和激光点云融合的智能采面煤岩识别

为了提高采煤工作面的智能化水平,提出了基于图像和激光点云融合的煤岩识别方法。首先,利用三维重建构建了蕴含煤岩颜色信息及截割纹理特征的图像点云;其次,提出了基于改进迭代最近点（iterative closest point,简称ICP）算法的煤岩点云配准方法,提高了点对间的搜索速度和配准精度;然后,设计了基于改进区域生长算法的煤岩识别方法,通过仿真分析验证了改进措施的有效性;最后,搭建了采煤机煤岩截割实验系统,并对相关改进算法进行了实验对比分析。结果表明,所提方法的点云数据分割效果最好,煤岩识别准确率达92.95%。在煤矿井下采煤工作面进行了现场测试,进一步证明了所提煤岩识别方法的可行性和实用性。     

基于UWB和IMU信息融合的室内定位算法研究

室内复杂环境下，移动机器人精确定位是实现机器人在半结构化场景下工程应用的关键。超宽带（UWB）测距定位是一种当前广泛应用于室内定位的高精度定位技术，最小二乘算法是精确定位的主流算法之一。受非视距（NLOS）、多径效应等因素影响，UWB定位在室内定位应用过程中存在定位数据抖动严重的问题，同时最小二乘法无法解算极值点定位数据，导致定位信息中断。为了解决UWB定位技术在室内定位过程中存在的精度低和稳定性差等难题，提出了基于扩展卡尔曼滤波（EKF）框架下融合UWB和IMU传感器信息的室内定位数据增强处理方法。其中IMU测量值作为滤波器的预测，UWB的测量值作为滤波器测量更新。融合定位算法可以弥补短期内定位数据丢失，降低定位数据的抖动，提高定位系统的稳定性，在半结构环境下具有更好的工程优势。     

人工路标辅助的室内移动机器人SLAM

为了提高移动机器人在大规模室内场景中同时定位与建图(SLAM)的精度,利用人工路标和激光雷达传感器对移动机器人SLAM进行了研究。针对大规模室内环境下移动机器人里程计信息不可靠,且低成本雷达测距范围较小导致地图创建结果与真实环境尺度严重不符的问题,提出了利用简单人工路标辅助移动机器人定位并结合基于RaoBlackwellized的粒子滤波算法进行室内走廊场景的移动机器人SLAM,保证移动机器人在长距离运行下的准确定位,最后通过实验验证了方法的可行性,实验结果与真实环境一致性较高,基于人工路标的移动机器人运动轨迹精度提高了6%左右。     

移动机器人混合的半稠密视觉里程计算法

为了提升快速运动环境中移动机器人视觉里程计的精度,提出一种移动机器人混合的半稠密视觉里程计算法。首先,利用鲁棒性强且适用于相机快速运动的特征点法快速追踪相机位姿,并根据深度不确定性分别建立3D-2D的重投影误差以及3D-3D几何误差,提出改进的运动位姿求解方法,为半稠密直接法提供更准确的初始位姿;其次,采用Sobel卷积核获取图像中梯度明显的像素点,进而通过最小化光度误差对关键帧进行配准,有效估计关键帧间相对运动;最后通过位姿图对关键帧位姿以及相邻帧间变换进行局部优化,减少轨迹漂移。两种公开数据集以及实际在线场景实验验证,本文算法可有效提高视觉里程计位姿精度,可以满足快速运动场景中自主定位的要求。     

顾及杆状物和车道线的城市道路场景轻量化快速点云自动配准

针对激光扫描获取城市场景出现不同时期位置偏差,传统点云配准方法存在效率低和鲁棒性低等局限性,本文提出了顾及杆状物和车道线的点云配准改进方法。首先对滤波后的点云进行体素格网降采样,再利用布料模型滤波对地面点滤波,后使用K均值无监督分类非地面点云,后用先验的随机一致抽样法提取杆状物作为目标特征,并根据点云反射强度提出点云灰度图和空间密度分割法提取车道线。利用改进迭代最近点(ICP)算法和法向量约束,将杆状物作和车道线作为配准基元,几何一致算法剔除错误点对,并使用双向KD-tree快速对应特征点的关系,加快配准速度和提高精度。经实验证明,在低重叠度的城市点云场景耗时不到20 s,且只迭代20次,精度可达1.987 7×10^-5 m,可实现城市道路场景点云的高效准确配准。     

弱纹理环境下融合点线特征的双目视觉同步定位与建图

针对室内弱纹理环境下基于点特征的视觉同步定位与建图（Simultaneous Localization and Mapping, SLAM）存在的轨迹漂移等问题,提出了一种融合点线特征的双目视觉SLAM系统,并对线特征的提取与匹配问题展开研究。为了提高线特征的质量,通过长度与梯度抑制、短线合并等方法,进一步改进LSD(Line Segment Detector)线特征提取方法。同时,通过将匹配问题转换为优化问题,并利用几何约束构建代价函数,提出了一种基于几何约束的快速线段三角化方法。实验结果表明,本文所提方法在多个数据集上的表现都优于基于描述子的传统方法,尤其在室内弱纹理场景下,其平均匹配精度达到91.67%,平均匹配时间仅需7.4 ms。基于此方法,双目视觉SLAM系统在弱纹理数据集上与已有算法ORBSLAM2,PL-SLAM的定位误差分别为1.24,7.49,3.67 m,定位精度优于现有算法。     

一种基于点线融合的室内视觉惯性SLAM方法

以实现室内移动机器人高精度、高鲁棒性的定位与建图为目标,针对单目视觉SLAM方法在室内弱纹理环境下由于特征点稀疏、相机移动过快所导致的定位精度下降甚至跟踪失败问题,提出一种结合点线特征的视觉惯性融合SLAM方法。利用改进的LSD算法提取线特征以提升数据关联的准确性,通过最小化点线及IMU等残差构成的目标函数得到准确的位姿估计。根据对比多组公开数据集及实际室内环境中的实验结果表明：该方法提高了室内定位精度,具备较好的鲁棒性。     

基于具有墙角信息的语义地图改进AMCL重定位算法

针对原始自适应蒙特卡洛定位（Adaptive monte carlo localization,AMCL）算法仅利用激光信息存在的缺陷,提出一种基于激光与视觉融合的语义地图进行全局定位,该语义地图融合基于深度学习的目标检测方法提取环境中的墙角语义;利用建立的包含墙角信息的二维语义栅格地图,结合视觉预定位方法及角点周围语义信息表来提高算法全局初始定位的效率和准确性,使得移动机器人可以在少量先验信息和运动的情况下更迅速地实现定位。提出视觉预定位的方法,改进了粒子权重更新方式,再同步结合AMCL算法与环境地图匹配进行精定位。最后通过搭建的移动机器人在不同场景下进行对比试验,验证了该方法的有效性。     

室内移动机器人自主导航系统设计与方法

针对移动机器人室内自主导航中环境检测、动态目标定位跟踪和路径规划,设计了"双目+单目"多信息融合的视觉系统。提出一种自适应环境、融合色彩饱和度信息的单尺度Retinex室内阴影消除算法,以有效提取障碍物信息及可行路面区域。研究了一种特征点辅助的时空上下文目标跟踪算法,运用目标特征点进行目标粗定位;引入特征点变化率信息,自动调节时空上下文模型更新,以有效提高复杂环境下动态目标定位的准确性。改进了传统速度向量场吸引速度、排斥速度和切向速度函数,解决了路径规划中机器人轨迹抖动、目标点附近震荡和目标处于障碍物排斥场不可到达等问题。移动机器人室内环境下自主导航实验实现了障碍物、机器人和目标特征提取及其实时定位,移动机器人以最短的避碰路径完成动态目标的有效跟踪。     

Cult3D在机械产品网上发布系统中的应用

阐述了Cult3D的发展及特点,基于Cult3D平台,开发了起重机零部件网上发布系统,说明了该系统的主要实现技术和特点。     

基于Java 3D的机械零件网络动态显示的研究

Java 3D是基于Java平台面向对象的三维图形应用编程接口API,它和JSP、Servlet、数据库技术相结合,在网上实现机械零件的动态显示、浏览。远端客户机通过读取服务器端用户上传的三维图形数据,共享设计信息,实现网络上的协同设计。     

High-resolution X-ray CT for 3D petrography of ferruginous sandstone for an investigation of building stone decay

Diestian ferruginous sandstone has been used as the dominant building stone for monuments in the Hageland, a natural landscape in east-central Belgium. Like all rocks, this stone type is sensitive to weathering. Case hardening was observed in combination with blackening of the exterior parts of the dressed stones. To determine the 3D petrography and to identify the structural differences between the exterior and interior parts, X-ray computed tomography was used in combination with more traditional research techniques like optical microscopy and scanning electron microscopy. The 3D characterization of the ferruginous sandstone was performed with a high-resolution X-ray CT scanner (www.ugct.ugent.be) in combination with the flexible 3D analysis software Morpho+, which provides the necessary petrophysical parameters of the scanned samples in 3D. Besides providing the required 3D parameters like porosity, pore-size distribution, grain size, grain orientation, and surface analysis, the results of the 3D analysis can also be visualized, which enables to understand and interpret the analysis results in a straightforward way. The complementarities between high-quality X-ray CT images and flexible 3D software and its relation with the more traditional microscopical research techniques are opening up new gateways in the study of weathering processes of natural building stones.     

X3D基于Java的开发工具和浏览器--Xj3D的浅析

本文对基于WEB的交互式三维图形规范X3D（Extensible 3D,可扩展3D）与Java 3D技术的结合Xj3D工具进行了研究,详细阐述了该工具包的结构,各主要组成组件的功能与作用以及各组件之间的相互关系,并给出了Java 3D装载组件装载文件的一种具体实现方法.     

浅谈3D技术在个性化产品定制中的应用

定制个性化的产品已经越来越受到人们的关注与向往,个性化的产品的定制离不开先进的3D技术,在定制过程中,需要综合运用产品测绘、三维扫描、工业设计、3D建模、设计变更与优化、数据处理及转换等技术来把个性化的产品进行呈现,然后通过3D打印技术将产品模型数据打印出来,实现产品的个性化定制。     

应用小波域三维Context模型的视频图像去噪

提出了一种基于三维小波变换和分块Context模型的视频去噪新方法（3DWTBCM）。视频图像序列的各帧之间具有较强的相关性,在三维小波变换域内去噪可以很好地将这种相关性加以利用。根据视频图像三维小波分解域内系数和噪声分布的特征,利用小波系数具有局部相关性对小波系数进行分块,将系数分解成各个局部区域。再将Context模型用于局部块中,按照能量分布将块内的小波系数分成多个子块。对各部分进行能量估计和多阈值估计,获得去噪声最佳阈值,有效地消除噪声。实验结果表明,3DWTBCM的噪声抑制效果明显优于各种2D去噪声方法,和常用的3D去噪声方法,PSNR平均提高1.5dB以上。从视觉效果来看,本文算法在去除噪声的同时,能较好的保留运动图像细节,运动物体显得比较平滑,不存在传统算法中的拖影、闪烁等现象。     

汽车内饰设计中材质交互式设计模块的开发

传统的汽车内饰设计不适应客户的个性化需求,需开发方便客户参与的汽车内饰交互式设计系统,然而主流造型软件3D M ax设计的文件大,无法很好地实现基于网络的交互式设计。以汽车内饰设计中的材质设计为对象,研究一种新型的W eb3D技术方案解决这一问题,开发汽车内饰设计中的材质交互式设计模块。     

基于空间编码投影法测量三维大物体面形

三维图像拼接技术是实现大型物体形貌测量的关键技术。本文在图像控制点约束的基础上,提出了一种实现三维图像拼接的新方法,即将一伪随机空间编码投射到一大型物体表面,然后用CCD在不同视角拍摄不同视场中的物体,利用重叠区域相同的某一窗口特征点进行配准,采用四元组法求取坐标转换矩阵,从而实现大范围自由曲面三维形貌的测量。实验结果表明：基于空间编码的图像拼接新方法,可以实现大尺度三维面形的测量。     

基于X3D技术构建虚拟液压传动实验室

以液压传动虚拟实验系统为例,基于X3D(可扩展3D)的在线液压传动构建了虚拟实验室,分析了关键技术,提出了实现虚拟实验系统的方案。     

3D打印在先进制造技术教学中的应用

随着3D打印的兴起,其应用越来越广泛。将123D Catch软件的照片建模技术和3D打印技术引入先进制造技术课程的教学,既丰富了教学内容,又提高了学生学习的兴趣。