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基于3D LiDAR的郁闭果园导航方法研究
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作者 张智刚 鲍开元 +3 位作者 张闻宇 丁凡 童宗易 周富康 《华南农业大学学报》 北大核心 2025年第5期707-718,共12页
【目的】解决郁闭果园环境下果树纵向间距大,全球卫星导航系统(Global navigation satellite system,GNSS)信号不可用的问题。【方法】以轮式喷雾机器人为研究平台、郁闭芒果园为试验环境,提出一种基于三维激光雷达(Three-dimensional l... 【目的】解决郁闭果园环境下果树纵向间距大,全球卫星导航系统(Global navigation satellite system,GNSS)信号不可用的问题。【方法】以轮式喷雾机器人为研究平台、郁闭芒果园为试验环境,提出一种基于三维激光雷达(Three-dimensional light detection and ranging, 3D LiDAR)的导航方法。在激光点云数据预处理方面,首先校正激光雷达安装误差,使用姿态与航向参考系统(Attitude and heading reference system, AHRS)对3D LiDAR获得的点云位置进行地形补偿,用“布料”滤波算法(Cloth simulation filter, CSF)去除地面点云数据,基于点云欧式距离的改进统计滤波方法,既去除了噪声点云又保留了较远距离果树点云。基于3D LiDAR点云扫描特点和三角形不等式条件,设计一种带有聚类体心约束的自适应距离阈值计算方法,将获得的体心位置投影到导航坐标系X-Y平面,获得树干点云的聚类体心位置。应用牛顿插值法(Newton’s interpolation, NIL)对体心位置数据进行插值,插值完成后使用随机采样一致性算法(Random sample consensus, RANSAC)进行导航路径拟合,即NIL-RANSAC。采用最小二乘法(Least squares method, LSM)和RANSAC验证导航路径提取的准确性和可靠性,直接获取导航路径进行对比试验。采用线性二次型调节器(Linear quadratic regulator, LQR)进行路径跟踪控制。【结果】CSF在郁闭果园环境中可有效去除杂草和凹凸不平的地面点云,平均处理时间仅为0.03 s。在15 m范围内自适应距离阈值欧式聚类成功率可达95%以上。LQR实现了路径跟踪控制,NIL-RANSAC、RANSAC和LSM最大横向偏差分别为0.26、0.32和0.42 m,NIL-RANSAC的标准差最小,仅为0.09 m。NILRANSAC路径拟合方法的导航精度优于RANSAC和LSM,完整导航算法的平均耗时小于100 ms。【结论】NILRANSAC方法能够满足郁闭果园下环境导航的精确性和实时性要求,可为果园地面装备自主导航提供参考。 展开更多
关键词 郁闭果园 3d lidar 欧式距离 聚类 导航路径
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激光雷达(LiDAR):获取高精度古地震探槽信息的一种新技术 被引量:14
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作者 郑文俊 雷启云 +4 位作者 杜鹏 陈涛 任治坤 俞晶星 张宁 《地震地质》 EI CSCD 北大核心 2015年第1期232-241,共10页
激光雷达技术是近几十年新发展起来的一种测量技术,已被广泛应用于工程测量、文物保护及地形测量等方面,近几年来活动构造的研究中也已逐步引入。作为活动构造研究的最基础的古地震研究一直还采用传统的地质素描技术进行探槽信息获取,... 激光雷达技术是近几十年新发展起来的一种测量技术,已被广泛应用于工程测量、文物保护及地形测量等方面,近几年来活动构造的研究中也已逐步引入。作为活动构造研究的最基础的古地震研究一直还采用传统的地质素描技术进行探槽信息获取,数码照相技术的引入虽然解决了一些问题,但由于照相技术本身的限制,很难克服获取信息的变形和扭曲。激光雷达扫描系统的高信息量、高精度、便捷、安全和易操作等性能,为古地震研究开辟了获取数据信息的新手段和新技术。 展开更多
关键词 激光雷达 古地震 三维成像 高精度 新技术
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基于车载LiDAR数据的建筑物三维重建 被引量:1
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作者 刘会云 李永强 +4 位作者 陈猛 赵亮 刘炎冰 王秋云 冯宝林 《河南理工大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2014年第3期295-298,共4页
车载LiDAR点云数据量大且杂乱无章,当前尚没有完整算法来实现建筑物点云的自动分割和模型重建,特别是带有纹理信息的模型重建.以一栋结构复杂的建筑物为例,结合建筑物实际特征,采用自动与手动相结合、先简单后复杂、凹凸一致性等原则对... 车载LiDAR点云数据量大且杂乱无章,当前尚没有完整算法来实现建筑物点云的自动分割和模型重建,特别是带有纹理信息的模型重建.以一栋结构复杂的建筑物为例,结合建筑物实际特征,采用自动与手动相结合、先简单后复杂、凹凸一致性等原则对数据进行分割和滤波处理;再采用点云数据与CAD底图配准的方式进行三维重建、纹理映射和渲染,从而实现结构复杂建筑物的真实三维重建. 展开更多
关键词 数据分割 纹理映射 三维重建
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车载LiDAR点云数据分割与半自动化建模方法 被引量:7
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作者 朱红 张正鹏 《国土资源遥感》 CSCD 北大核心 2014年第1期47-51,共5页
针对车载激光雷达(light detection and ranging,LiDAR)点云数据的不完整性问题,提出一种车载LiDAR点云数据分割以及基于分割后点云数据的半自动化建模方法。首先对点云数据进行标准格式转换及稀化;然后以不同地物的属性和几何特征为分... 针对车载激光雷达(light detection and ranging,LiDAR)点云数据的不完整性问题,提出一种车载LiDAR点云数据分割以及基于分割后点云数据的半自动化建模方法。首先对点云数据进行标准格式转换及稀化;然后以不同地物的属性和几何特征为分割条件,分别建立道路、建筑物、树和路灯等附属设施的三维模型,并利用车载以及航空图像的纹理信息辅助建筑物的立面和顶面三维建模;最后以真实街景为实验区,基于拓普康IP-S2车载LiDAR点云数据,完成该街景的分割与建模。实验结果表明,该文提出的点云数据分割与街景地物重建方法比较简单,可实现道路和建筑物的半自动化分割;利用成熟的建模软件和方法,实现了建模的完整性和较强的可靠性。 展开更多
关键词 车载激光雷达(lidar)扫描系统 点云分割 纹理映射 三维重建
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机载激光雷达3维建筑物模型重建的研究进展 被引量:13
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作者 李峰 吴燕雄 +2 位作者 卫爱霞 刘文龙 米晓楠 《激光技术》 CAS CSCD 北大核心 2015年第1期23-27,共5页
机载激光雷达系统已经成为3维建筑物模型快速重建的重要手段。综述了国内外利用机载激光雷达点云进行3维建筑物模型重建的研究方法、进展情况,分析讨论了模型驱动法、数据驱动法和混合法的特点及关键问题。混合法集成了模型驱动方法和... 机载激光雷达系统已经成为3维建筑物模型快速重建的重要手段。综述了国内外利用机载激光雷达点云进行3维建筑物模型重建的研究方法、进展情况,分析讨论了模型驱动法、数据驱动法和混合法的特点及关键问题。混合法集成了模型驱动方法和数据驱动方法的优点,是该项技术今后发展的重点领域。 展开更多
关键词 激光技术 机载激光雷达 重建 3维建筑物模型
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3维激光测风雷达技术研究 被引量:11
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作者 李策 赵培娥 +4 位作者 彭涛 冯力天 周杰 罗雄 周鼎富 《激光技术》 CAS CSCD 北大核心 2017年第5期703-707,共5页
为了精确测量3维大气风场的实时状态以应对低空风切变在飞行器起降过程中给飞行器带来的多种问题,通过DBS四波束风场反演原理研制出一款小型3维激光测风雷达。对大气风场展开测风试验并获取风场数据,并与其它标准测风设备的数据对比分... 为了精确测量3维大气风场的实时状态以应对低空风切变在飞行器起降过程中给飞行器带来的多种问题,通过DBS四波束风场反演原理研制出一款小型3维激光测风雷达。对大气风场展开测风试验并获取风场数据,并与其它标准测风设备的数据对比分析。结果表明,雷达在晴天和阴天的天气状况下均可以实现对大气风场的有效测量,风速均方根误差0.42m/s,风向均方根误差5.33°。该雷达精准度高、稳定性好,对风切变预警、中低空大气风场预报及飞行器飞行通道的风场测量具有重要作用。 展开更多
关键词 激光技术 激光测风雷达 3维扫描 相干探测 多普勒 风场比对
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基于APD面阵探测器的非扫描激光主动成像雷达 被引量:6
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作者 陈德章 张华 +5 位作者 冷杰 高建波 路英宾 陶刚 郭嘉伟 李萧 《激光技术》 CAS CSCD 北大核心 2017年第6期775-778,共4页
为了获得目标区域的高精度3-D距离图像,采用自研带读出电路的雪崩光电二极管(APD)面阵探测器组件,研制了一台非扫描激光主动成像雷达。雷达采用波长1.064μm脉冲激光泛光照射目标区域,APD面阵探测器组件接收目标漫反射激光回波信号,经... 为了获得目标区域的高精度3-D距离图像,采用自研带读出电路的雪崩光电二极管(APD)面阵探测器组件,研制了一台非扫描激光主动成像雷达。雷达采用波长1.064μm脉冲激光泛光照射目标区域,APD面阵探测器组件接收目标漫反射激光回波信号,经信息处理获得目标区域3-D距离图像,对典型目标开展了3-D成像实验研究。结果表明,所研制的非扫描激光主动成像雷达可获得较好的目标区域3-D距离图像,成像距离达1.2km,距离分辨率为0.45m,成像帧频为20Hz。基于APD面阵探测器组件的非扫描激光主动成像雷达技术取得突破。 展开更多
关键词 成像系统 非扫描激光成像雷达 雪崩光电二极管面阵探测器 3维距离图像
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基于高光谱激光雷达的绿萝叶绿素3维重建 被引量:2
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作者 汪慧民 邵慧 +4 位作者 孙龙 李伟 王程 陈杰 朱家兵 《激光技术》 CAS CSCD 北大核心 2023年第5期708-715,共8页
为了准确重建正反面叶片叶绿素3维分布,利用高光谱激光雷达,采集了不同生长状态的绿萝叶片与植株的空间-光谱域点云数据,设计了一种基于分类预测的重建方法。通过偏最小二乘回归构建叶片正面与反面光谱的叶绿素含量预测模型,采用光谱自... 为了准确重建正反面叶片叶绿素3维分布,利用高光谱激光雷达,采集了不同生长状态的绿萝叶片与植株的空间-光谱域点云数据,设计了一种基于分类预测的重建方法。通过偏最小二乘回归构建叶片正面与反面光谱的叶绿素含量预测模型,采用光谱自适应阈值选择方法实现植株点云中叶片正反面的分类,并根据类别标签选择模型计算叶绿素含量,重建植株的叶绿素3维分布。结果表明,该方法得到的植株叶绿素3维分布更接近真实值,决定系数达到0.69,均方根误差为4.97。这一结果可为植物表型研究提供新的数据基础和理论方法。 展开更多
关键词 遥感 高光谱激光雷达 偏最小二乘回归 叶绿素含量 3维重建
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基于投影降维的激光雷达快速目标识别 被引量:9
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作者 杨文秀 付文兴 +2 位作者 周志伟 余巍 马杰 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2014年第B12期1-7,共7页
激光雷达可以获得目标的三维形状信息,是复杂地面背景下车辆识别的有效手段。提出了一种基于投影降维的快速激光雷达目标识别方法,对检测后提取的疑似目标三维点云数据进行投影降维,得到数字表面模型(DSM)数据,根据轮廓相似性度量值以... 激光雷达可以获得目标的三维形状信息,是复杂地面背景下车辆识别的有效手段。提出了一种基于投影降维的快速激光雷达目标识别方法,对检测后提取的疑似目标三维点云数据进行投影降维,得到数字表面模型(DSM)数据,根据轮廓相似性度量值以及尺寸相似度量值构成的组合识别准则进行目标识别。采用8组地面装甲目标的仿真点云数据进行实验,实验表明算法的目标型号识别率高于90%,实时性远优于传统算法。针对实际应用需求,进一步研究了点云空间分辨率,激光雷达成像系统误差对目标识别的影响。 展开更多
关键词 激光雷达 三维目标识别 投影降维 点云 方向估计
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合成孔径激光雷达下视三维成像构型及算法 被引量:2
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作者 李小珍 吴玉峰 +1 位作者 郭亮 曾晓东 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2014年第10期3276-3281,共6页
传统激光三维成像均采用实孔径成像技术,其分辨率会随着作用距离的变远而降低。相比于实孔径成像,合成孔径成像的一个显著优势是沿航向的分辨率不随作用距离的变化而变化。基于合成孔径技术提出一种合成孔径激光三维成像雷达的工作模型... 传统激光三维成像均采用实孔径成像技术,其分辨率会随着作用距离的变远而降低。相比于实孔径成像,合成孔径成像的一个显著优势是沿航向的分辨率不随作用距离的变化而变化。基于合成孔径技术提出一种合成孔径激光三维成像雷达的工作模型。该系统采用激光泛光发射模式和多波束相干接收,首先,在高度向,采用大时宽带宽的线性调频信号,并利用解线频调技术实现高分辨率;其次,沿航向利用合成孔径技术频域压缩算法实现高分辨率,其中考虑到激光调频信号的长扫频周期,对于平台连续运动引入的多普勒平移项进行了补偿;在跨航向通过实孔径阵列实现高分辨率。最后,通过仿真实验验证了该系统的有效性。 展开更多
关键词 激光雷达 合成孔径 三维成像 泛光发射模式 多波束接收模式
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激光成像系统中高耦合效率单模光纤耦合器设计(英文)
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作者 黄小平 周鸿 +4 位作者 吴丹 郭吉宇 魏小飞 李鸣 赵亮 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2011年第11期2168-2173,共6页
在三维激光成像系统中,其性能表现绝大部分决定于器件接收背反射光能幅度的大小,以及耦合器中空间光到光纤纤芯的光耦合效率的高低。为了增加耦合器中激光能量到纤芯内的耦合效率,提出了一种新型非球面透镜到锥形光纤头的耦合器的设计,... 在三维激光成像系统中,其性能表现绝大部分决定于器件接收背反射光能幅度的大小,以及耦合器中空间光到光纤纤芯的光耦合效率的高低。为了增加耦合器中激光能量到纤芯内的耦合效率,提出了一种新型非球面透镜到锥形光纤头的耦合器的设计,得到了该耦合器中耦合效率的解析表达式。通过优化耦合透镜的倒相对孔径,对应波长为1 310 nm和1 550 nm的最大耦合效率分别为81.80%and 81.90%,此时的倒相对孔径分别为0.280和0.292。与通常耦合器中的耦合效率相比较,其最大耦合效率没有下降,而相应的倒相对孔径增加较大。另外,还分析了透镜-纤芯对准错位的影响,结果表明,随着对准错位的增加,耦合效率急剧下降。 展开更多
关键词 三维成像激光雷达 耦合效率 对准错位
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一种针孔相机与三维激光雷达外参标定方法 被引量:14
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作者 韩正勇 卜春光 刘宸 《传感器与微系统》 CSCD 2018年第4期9-12,16,共5页
针对针孔相机和三维激光雷达的外参标定问题,提出了一种新的方法:利用相机坐标系和激光坐标系下棋盘面的对应性,将外参标定转换为三维空间中旋转、缩放矩阵的求解问题。每帧数据可以提供4个约束,最少只需3帧数据可求解外参矩阵。方法原... 针对针孔相机和三维激光雷达的外参标定问题,提出了一种新的方法:利用相机坐标系和激光坐标系下棋盘面的对应性,将外参标定转换为三维空间中旋转、缩放矩阵的求解问题。每帧数据可以提供4个约束,最少只需3帧数据可求解外参矩阵。方法原理简单易懂,直观明了地解释了失效退化原因。仿真实验与真实数据实验表明:提出的方法可以得到高精度的外参矩阵,且在采样帧数较少的情况下依旧可以获得很好的标定效果。 展开更多
关键词 外参标定 多传感器数据融合 针孔相机 3维激光雷达 机器视觉
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激光点云与存档资料相结合的古建遗址建模方法 被引量:2
13
作者 王晨阳 胡春梅 王晏民 《激光杂志》 北大核心 2016年第12期73-76,共4页
故宫古建筑是全人类的文化遗产,具有很高的艺术价值和历史价值,也有很高的科学研究价值。对故宫古建筑尤其是古建筑遗址进行数字化建模的探索和研究意义更加重大。以景祺阁后院正殿古建筑遗址为例,利用三维激光扫描技术获取建筑遗址三... 故宫古建筑是全人类的文化遗产,具有很高的艺术价值和历史价值,也有很高的科学研究价值。对故宫古建筑尤其是古建筑遗址进行数字化建模的探索和研究意义更加重大。以景祺阁后院正殿古建筑遗址为例,利用三维激光扫描技术获取建筑遗址三维平面数据,通过记载资料和营造法式算法推算各种立面数据,并做出设计方案,最后应用上述数据及SketchUp软件对古建筑遗址进行三维建模。通过实验证明,所研究的方法可以对古建遗址进行快速高精度的重建,对遗址三维重建,尤其对古建筑群的整体三维重建具有非常重要的现实意义。 展开更多
关键词 古建遗址 激光扫描 三维建模 SKETCHUP
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无人驾驶扫地机道路可行驶区域的融合提取研究 被引量:2
14
作者 李思纯 王建军 +2 位作者 宋伟润 陈波 王文心 《仪器仪表学报》 CSCD 北大核心 2024年第12期190-200,共11页
真实有效的检测出道路可行驶区域,对无人驾驶扫地机路径规划、实时导航和避障至关重要。采用三维激光雷达获得道路环境点云后,首先采用改进的地面分割算法,分割出地面和非地面点云。然后,对于结构化道路,根据点云几何特征判断道路边界... 真实有效的检测出道路可行驶区域,对无人驾驶扫地机路径规划、实时导航和避障至关重要。采用三维激光雷达获得道路环境点云后,首先采用改进的地面分割算法,分割出地面和非地面点云。然后,对于结构化道路,根据点云几何特征判断道路边界候选点和障碍物,采用随机抽样一致性与最小二乘法相结合,提取了路牙石边界线及排除出路面上障碍物的隔离线;对于非结构化道路,采用激光反射率聚类处理提取出道路面,通过滑动窗口法判断出边界点并采用B样条曲线提取出边界。继而,通过距离判据融合上述两种算法所获得的边界线,得到道路可行驶区域。最后,采用无人驾驶实验系统进行了可行驶区域提取实验。结果表明,所提出的融合算法在混合道路上的可行驶区域提取精确率和召回率分别为96.5%和92.7%,平均处理时间仅为29 ms,对道路宽度测量准确率可达97.1%,证明该融合算法具有高精度和高效性。 展开更多
关键词 三维激光雷达 道路提取 点云反射强度 可行驶区域检测 全覆盖路径规划
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基于高斯拟合的条纹管成像激光雷达目标重构 被引量:8
15
作者 袁清钰 牛丽红 +3 位作者 胡翠春 吴磊 杨鸿儒 俞兵 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第12期61-68,共8页
为得到更为精细的三维重构,提出一种基于信赖域法高斯拟合的峰值探测法,对每帧图像单时间通道的回波进行高斯建模,建模结果可有效减小噪声干扰,具有唯一峰值,该结果作为新的回波波形,再对其进行峰值探测,并基于空中目标实验数据对本文... 为得到更为精细的三维重构,提出一种基于信赖域法高斯拟合的峰值探测法,对每帧图像单时间通道的回波进行高斯建模,建模结果可有效减小噪声干扰,具有唯一峰值,该结果作为新的回波波形,再对其进行峰值探测,并基于空中目标实验数据对本文方法进行验证.实验结果表明,基于高斯拟合的峰值探测法可将特征数据的提取误差降至10%以内;利用该方法提取特征数据进行目标三维重构,可实现探测深度方向上最小30cm的空间分辨力,提高了条纹管激光雷达的三维成像精度. 展开更多
关键词 条纹管激光雷达 高斯拟合 数据提取 图像处理 三维重构
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基于几何特征的点云分割算法研究进展 被引量:15
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作者 巩育江 庞亚军 +1 位作者 王汞 白振旭 《激光技术》 CAS CSCD 北大核心 2022年第3期326-336,共11页
点云是3维图像的一种特殊数据形式,正逐渐成为3维图像信息处理的研究热点;点云分割是点云数据处理的重要步骤,对算法的结果有直接影响;基于3维图像几何特征的点云分割算法结构简洁、运算结果稳定性强,且易于调整,在实际应用中占有主要... 点云是3维图像的一种特殊数据形式,正逐渐成为3维图像信息处理的研究热点;点云分割是点云数据处理的重要步骤,对算法的结果有直接影响;基于3维图像几何特征的点云分割算法结构简洁、运算结果稳定性强,且易于调整,在实际应用中占有主要地位。对最近几年涌现出来的基于几何特征的点云分割方法进行了梳理,根据每种方法的理论基础和应用特点将算法归纳为基于边缘检测、表面特征和模型拟合的点云分割方法,分析了各类算法的特点和存在的主要问题,并进行了算法性能比较,分析了影响点云分割算法效率的主要因素,最后对未来的发展趋势进行了展望。 展开更多
关键词 激光技术 3维图像 激光雷达 点云分割 几何特征
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