基于二維激光雷達的自動室內(nèi)三維重建系統(tǒng).pdf

1、本文研究的是室內(nèi)移動機器人的基于二維激光雷達的自動室內(nèi)三維重建系統(tǒng)。 首先，介紹了系統(tǒng)的硬件構(gòu)成。本系統(tǒng)主要由三部分構(gòu)成：a．二維激光掃描雷達；b．掃描機械裝置及驅(qū)動；c．控制與數(shù)據(jù)采集單元。掃描機械裝置包括支架和旋轉(zhuǎn)軸，由一個步進電機驅(qū)動?？刂茊卧且粋€由MCS-51單片機為核心的控制系統(tǒng)組成。單片機系統(tǒng)通過RS-232接口和上位計算機相連接。主要任務：a．接收上位機發(fā)送的控制命令，如轉(zhuǎn)到掃描初始位、啟動掃描、停止掃描、掃描范

2、圍設定、掃描速度設定等等，解釋這些命令后轉(zhuǎn)化成步進電機的控制信號，發(fā)送給步進電機；b．向上位機發(fā)送當前俯仰角。經(jīng)過細分后的步進電機步距角細達0.028度。單片機系統(tǒng)只需知道步進電機轉(zhuǎn)過的角度和初始位置角，就可以知道當前俯仰角。俯仰角每隔4 ms發(fā)送一次，頻率高于激光雷達的水平掃描的周期26ms。數(shù)據(jù)采集單元一方面負責連續(xù)不斷地通過高速數(shù)據(jù)采集接口卡獲取激光雷達發(fā)送的距離數(shù)據(jù)，另一方面不停接收單片機系統(tǒng)發(fā)來的俯仰角度數(shù)據(jù)，將兩者同時存儲起

3、來。這樣就獲得了每幀激光雷達數(shù)據(jù)及其掃描平面的位置。最終通過坐標轉(zhuǎn)換后可以獲得所有數(shù)據(jù)點的空間坐標。其次，介紹了系統(tǒng)的3D重建過程。每當系統(tǒng)獲得一幀3D激光雷達的掃描數(shù)據(jù)，在進行坐標變換后，即分開兩條不同的處理路線：一是和上一幀點云數(shù)據(jù)進行ICP匹配，獲得本幀數(shù)據(jù)和上幀之間的位置變化量；另一路是將數(shù)據(jù)進行直線和平面提取，獲得當前幀的平面模型。 通過求得的位置變化量將當前幀的平面模型和已有的平面模型融合起來以擴大整個場景。這樣反復