动态环境下的实时高清大规模三维地形重建研究
项目介绍
AI项目解读
基本信息
- 批准号:61503005
- 项目类别:青年科学基金项目
- 资助金额:21.0万
- 负责人:
- 依托单位:
- 学科分类:F0306.自动化检测技术与装置
- 结题年份:2018
- 批准年份:2015
- 项目状态:已结题
- 起止时间:2016-01-01 至2018-12-31
- 项目参与者:蔡兴泉; 李月恒; 张凤全; 李琛; 王占扩; 武冬; 于少波; 段志强; 贺敏超;
- 关键词:
项目摘要
3D terrain reconstruction is an important researching area of environmental perception for mobile robots. This project develops a real-time high-resolution large-scale 3D terrain reconstruction system using multiple sensors integration. The system utilizes local 3D point clouds, 2D images, and inertial data to reconstruct a global terrain model. The system includes four functional modules: 1) Multiple Sensor Data Integration Module estimates the projection matrix between the mounted LiDAR and cameras based on least squares, so as to accurately map the local point clouds onto the captured video images. 2) Large-scale Datasets Registration Module proposes a compression method for point clouds and video images based on the redundancy removal principle. This method registers large-scale point clouds and high-resolution images using limited memory. 3) 3D Foreground/Background Segmentation Module integrates height histogram, 3D voxel dense map, Markov Random Field model, and Kalman filter algorithm to classify the terrain data into three classes, which are traversable ground, static object, and dynamic moving object. 4) High-resolution 3D terrain reconstruction Module utilizes multiple rendering techniques to realize real-time photorealistic representation of the large-scale terrain in a virtual environment. Furthermore, this project applies the GPU programming method to implements the applied graphics and image processing algorithms in parallel, which realizes real-time approach of terrain reconstruction.
三维地形重建是机器人环境感知的重要研究方向,本项目将开发一套基于多种传感器融合的实时高清大规模三维地形重建系统,利用局部三维点云、二维图像、惯性数据重建全局三维地形模型。该系统分为四大功能模块:1)多种传感器数据融合模块,基于最小二乘法估算出装载的激光雷达和摄像机间的投影矩阵,使局部的点云数据精确地映射到拍摄的视频流中;2)大规模数据加载模块,提出基于去重原理的点云和视频图像压缩技术,利用有限的内存空间加载大规模点云和高清的图像信息;3)三维前景背景分离模块,结合高度直方图、三维像素密度图、马尔科夫随机场模型和卡尔曼滤波器算法,将地形数据划分为可行走的地表、静态物体和动态移动物体三大类;4)高清三维地形重建模块,利用多种渲染方法,实现大规模地形在虚拟环境中的实时真实感展现。此外,本项目采用GPU编程方法对图形图像算法并行计算处理,以实现地形重建的实时性。
结项摘要
移动机器人的三维地形重建技术是自动化领域中机器人环境感知与路径规划中的重要研究课题。相对于依靠视频图像的三维重建而言,通过多种传感器的地形重建技术具有数据精确、感知信息可靠和高真实感等优点。本项目装备一辆拥有多种传感器的无人车平台,实现实时大规模三维地形重建。该平台装备一台HDL-32E Velodyne LiDAR 激光雷达收集三维点云数据,三台GC655 VGA CCD摄像机拍摄机器人周边图像,一台MTi-G-700陀螺惯导定位仪对机器人进行位置和旋转跟踪。利用该平台,本项目开发了一套基于多种传感器融合的实时高清大规模三维地形重建系统,系统分为五大功能模块:1)多种传感器数据融合模块,基于最小二乘法估算出装载的激光雷达和摄像机间的投影矩阵,使局部的点云数据精确地映射到拍摄的视频流中;2)大规模数据加载模块,提出基于去重原理的点云和视频图像压缩技术,利用有限的内存空间加载大规模点云和高清的图像信息;3) 物体分割及追踪模块,结合高度直方图、三维像素密度图、连通区域标记法、以及连续自适应MeanShift算法,将地形数据划分为可行走的地表、静态物体和动态移动物体;4)物体识别模块,根据物体的几何特征,利用BP神经网络实现三维物体的离线模型训练和在线物体识别。5)高清三维地形重建模块,利用纹理网格和颜色粒子模型对大规模三维地形高清建模。此外,本项目采用GPU编程方法对图形图像算法并行计算处理,以实现地形重建的实时性。本项目所涉及的在动态环境下三维地形重建技术可广泛应用在无人驾驶、城市建模、行星探索、矿藏探测、巡逻侦查等远程控制领域,同时在模拟战场、远程监控、互联网数字地图、文化古迹重建等多媒体技术领域也有广泛应用。
项目成果
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
面向可交互式智慧鱼群的权重动态约束的粒子群方法
- DOI:10.16182/j.cnki.joss.2016.10.028
- 发表时间:2016
- 期刊:系统仿真学报
- 影响因子:--
- 作者:蔡兴泉;布尼泓灏;李梦璇;李凤霞
- 通讯作者:李凤霞
Classifying 3D objects in LiDAR point clouds with a back-propagation neural network
使用反向传播神经网络对 LiDAR 点云中的 3D 对象进行分类
- DOI:10.1186/s13673-018-0152-7
- 发表时间:2018-10
- 期刊:Human-centric Computing and Information Sciences
- 影响因子:6.6
- 作者:Wei Song;Shuanghui Zou;Yifei Tian;Simon Fong;Kyungeun Cho
- 通讯作者:Kyungeun Cho
一种基于梯度与视觉显著度的图像缩放方法
- DOI:10.16182/j.cnki.joss.2016.09.036
- 发表时间:2016
- 期刊:系统仿真学报
- 影响因子:--
- 作者:蔡兴泉;布尼泓灏;乔雨晴;柳静华;李凤霞
- 通讯作者:李凤霞
A 3D localisation method in indoor environments for virtual reality applications
一种用于虚拟现实应用的室内环境中的 3D 定位方法
- DOI:10.1186/s13673-017-0120-7
- 发表时间:2017-12
- 期刊:Human-Centric Computing and Information Sciences
- 影响因子:6.6
- 作者:Song Wei;Liu Liying;Tian Yifei;Sun Guodong;Fong Simon;Cho Kyungeun
- 通讯作者:Cho Kyungeun
A CPU-GPU Hybrid System of Environment Perception and 3D Terrain Reconstruction for Unmanned Ground Vehicle
无人地面车辆环境感知与3D地形重建的CPU-GPU混合系统
- DOI:--
- 发表时间:2018-12
- 期刊:Journal of Information Processing Systems
- 影响因子:1.6
- 作者:Wei Song;Shuanghui Zou;Yifei Tian;Su Sun;Simon Fong;Kyungeun Cho
- 通讯作者:Kyungeun Cho
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其他文献
2012年秋季江苏南部紫菜养殖区绿藻微观繁殖体现状
- DOI:--
- 发表时间:2015
- 期刊:中国海洋大学学报(自然科学版)
- 影响因子:--
- 作者:李瑞香;李艳;范士亮;宋伟
- 通讯作者:宋伟
Formation mechanism and elimination methods for anti-site defects in LiNbO3/LiTaO3 crystals
LiNbO3/LiTaO3晶体反位缺陷的形成机制及消除方法
- DOI:10.1039/c6ce01306f
- 发表时间:2016-10
- 期刊:CyrstEngComm
- 影响因子:--
- 作者:康学良;梁龙跃;宋伟;王孚雷;桑元华;刘宏
- 通讯作者:刘宏
求解多层线性规划的模糊规划法
- DOI:--
- 发表时间:--
- 期刊:运筹学学报
- 影响因子:--
- 作者:宋伟;赵茂先;王向荣
- 通讯作者:王向荣
大豆TST基因的生物信息学及表达模式分析
- DOI:--
- 发表时间:2018
- 期刊:东北农业大学学报
- 影响因子:--
- 作者:李文滨;张永艳;王金阳;徐玲秀;宋伟;赵雪;韩英鹏
- 通讯作者:韩英鹏
常熟市耕地占用与经济增长的脱钩(decoupling)评价
- DOI:10.11849/zrzyxb.2009.09.003
- 发表时间:2009-09
- 期刊:自然资源学报
- 影响因子:--
- 作者:陈百明;陈曦炜;宋伟
- 通讯作者:宋伟
其他文献
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- 批准号:41602278
- 批准年份:2016
- 资助金额:18.0 万元
- 项目类别:青年科学基金项目
相似国自然基金
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