定位技術(shù)是無(wú)人駕駛技術(shù)體系的重要一環(huán)。傳統(tǒng)的衛(wèi)星定位、V2X等無(wú)人駕駛定位方法,對(duì)于城市、隧道等復(fù)雜交通場(chǎng)景具有局限性且定位誤差較大,容易影響行車安全。依靠無(wú)人駕駛必備的激光雷達(dá)環(huán)境感知器件來(lái)實(shí)現(xiàn)車輛的自主定位,一直是無(wú)人駕駛領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。激光雷達(dá)自主定位的關(guān)鍵是點(diǎn)云配準(zhǔn)。傳統(tǒng)的點(diǎn)云配準(zhǔn)算法諸如ICP及其改進(jìn)算法,存在應(yīng)用面窄、易陷入局部最小解的缺點(diǎn)。為此,本文提出了一種新的激光雷達(dá)點(diǎn)云配準(zhǔn)算法,在此基礎(chǔ)上構(gòu)建了相應(yīng)的激光雷達(dá)里程計(jì)以及即時(shí)定位與地圖構(gòu)建（SLAM）方法,以實(shí)現(xiàn)無(wú)人駕駛的可靠自主定位。主要研究?jī)?nèi)容及創(chuàng)新點(diǎn)如下:（1）在卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PointNet++和ICP算法的基礎(chǔ)上,提出一種新的點(diǎn)云配準(zhǔn)算法,利用PointNet++提取點(diǎn)云的深層特征描述子,以特征差為依據(jù)尋找兩組點(diǎn)云的對(duì)應(yīng)點(diǎn),從而提高配準(zhǔn)的精度。（2）基于PointNet++&ICP點(diǎn)云配準(zhǔn)算法,提出了一種新的激光雷達(dá)里程計(jì),利用粗細(xì)配準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)相鄰點(diǎn)云幀之間的運(yùn)動(dòng)估計(jì),并將其轉(zhuǎn)換到全局坐標(biāo)中。里程計(jì)首先對(duì)點(diǎn)云進(jìn)行濾波和運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)念A(yù)處理,從而保證里程計(jì)的更新頻率;由于PointNet++&ICP能克服... 

【文章來(lái)源】：重慶理工大學(xué)重慶市

【文章頁(yè)數(shù)】：66 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

百度Apollo定位系統(tǒng)框架

重慶理工大學(xué)碩士學(xué)位論文10出激光源到目標(biāo)物體的距離。激光雷達(dá)的掃描角度是360°，所以將激光發(fā)射源和接收器固定好后要繞中心軸旋轉(zhuǎn)，即可得到點(diǎn)云數(shù)據(jù)。圖2.2激光雷達(dá)三角測(cè)距法相比于三角法，TOF法的設(shè)計(jì)思路更加清晰簡(jiǎn)單，由于光速是恒定的，所以激光器可以通過(guò)計(jì)算激光的飛行時(shí)間來(lái)測(cè)量反射點(diǎn)到激光源的空間距離。TOF激光雷達(dá)[75]的技術(shù)難點(diǎn)在于對(duì)計(jì)時(shí)器的精度要求很高，且對(duì)于激光發(fā)射源的脈沖激光及其上升沿有著較高的要求，基于三角測(cè)距的激光雷達(dá)則對(duì)發(fā)射脈沖沒有較高的要求，但TOF激光雷達(dá)能實(shí)現(xiàn)更快的采樣頻率，更遠(yuǎn)的測(cè)距范圍和更快的運(yùn)算過(guò)程，所以為了保證安全性TOF技術(shù)被廣泛地應(yīng)用于無(wú)人車的激光雷達(dá)的設(shè)計(jì)中。2.2三維剛體運(yùn)動(dòng)剛體運(yùn)動(dòng)可以簡(jiǎn)單地理解為在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中物體沒有發(fā)生形變，車輛及其負(fù)載物在行駛過(guò)程中并不會(huì)發(fā)生形變，所以車輛及其傳感器的運(yùn)動(dòng)也屬于剛體運(yùn)用。在三維空間中一個(gè)車輛的位姿共有6個(gè)自由度，其中三個(gè)表示車輛的位置坐標(biāo)，另外三個(gè)表示車輛的方向。2.2.1旋轉(zhuǎn)矩陣和變換矩陣無(wú)人車的里程計(jì)定位本質(zhì)上是激光雷達(dá)坐標(biāo)系與全局坐標(biāo)系之間的變換關(guān)系。兩個(gè)坐標(biāo)系可以通過(guò)剛體運(yùn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)和平移相互變換，這種變換也就是車輛航機(jī)推算的一個(gè)過(guò)程，所以激光雷達(dá)里程計(jì)的位姿推算需要將自身的坐標(biāo)系與全局或著上一個(gè)時(shí)刻的坐標(biāo)系做歐式變換，通過(guò)變換矩陣可以得到其在全局空間的坐標(biāo)，完成定位的功能。假設(shè)激光雷達(dá)參考系相對(duì)于全局發(fā)生了旋轉(zhuǎn)，點(diǎn)在全局坐標(biāo)系(1,2,3)下的

重慶理工大學(xué)碩士學(xué)位論文12其中，與分別表示旋轉(zhuǎn)矩陣和向量，為模，為單位向量，^為的反對(duì)稱矩陣，旋轉(zhuǎn)矩陣R轉(zhuǎn)換為向量的公式如式(2-8)和式(2-9)所示：()=cos()+(1cos)()+sin(^)=3cos+(1cos)=1+2cos式(28)=()12式(29)其中，為旋轉(zhuǎn)角度，式(2-10)的解在經(jīng)過(guò)歸一化后為單位旋轉(zhuǎn)向量。變換矩陣則可以用一個(gè)平移向量加旋轉(zhuǎn)向量表示，構(gòu)成6個(gè)參數(shù)的表示。=式(210)不同于旋轉(zhuǎn)矩陣的向量表示，歐拉角可以用三個(gè)不同軸的旋轉(zhuǎn)角度表示物體的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，但是旋轉(zhuǎn)軸不同會(huì)使歐拉角的表示不同，容易造成混淆且存在萬(wàn)向鎖問題。2.3點(diǎn)云配準(zhǔn)算法在激光雷達(dá)里程計(jì)定位中，核心步驟是找到不同幀之間點(diǎn)云的對(duì)應(yīng)點(diǎn)，并估計(jì)出幀與幀或幀與地圖的旋轉(zhuǎn)和平移，從而求得車輛運(yùn)動(dòng)的變換矩陣。點(diǎn)云配準(zhǔn)的可視化表現(xiàn)為將兩組空間位置不同的點(diǎn)云拼接在一起，如圖2.3所示。圖2.3點(diǎn)云配準(zhǔn)過(guò)程

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于激光雷達(dá)的室內(nèi)場(chǎng)景三維重建系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 張明,王鉉,陳柯穎.  電子設(shè)計(jì)工程. 2019(24)
[2]基于余弦相似度的點(diǎn)云配準(zhǔn)算法[J]. 詹旭,蔡勇.  激光與光電子學(xué)進(jìn)展. 2020(12)
[3]一種基于高斯曲率的ICP改進(jìn)算法[J]. 王飛鵬,肖俊,王穎,王云標(biāo).  中國(guó)科學(xué)院大學(xué)學(xué)報(bào). 2019(05)
[4]基于關(guān)鍵點(diǎn)提取與優(yōu)化迭代最近點(diǎn)的點(diǎn)云配準(zhǔn)[J]. 彭真,呂遠(yuǎn)健,渠超,朱大虎.  激光與光電子學(xué)進(jìn)展. 2020(06)
[5]曲率約束的激光點(diǎn)云全局優(yōu)化配準(zhǔn)算法[J]. 馬偉麗,王健,孫文瀟.  遙感信息. 2019(04)
[6]固態(tài)激光雷達(dá)研究進(jìn)展[J]. 陳敬業(yè),時(shí)堯成.  光電工程. 2019(07)
[7]基于改進(jìn)NDT算法的城市場(chǎng)景三維點(diǎn)云配準(zhǔn)[J]. 趙凱,朱愿,王任棟.  軍事交通學(xué)院學(xué)報(bào). 2019(03)
[8]SLAM激光點(diǎn)云整體精配準(zhǔn)位姿圖技術(shù)[J]. 閆利,戴集成,譚駿祥,劉華,陳長(zhǎng)軍.  測(cè)繪學(xué)報(bào). 2019(03)
[9]基于擺動(dòng)單線激光雷達(dá)的大場(chǎng)景稠密點(diǎn)云地圖創(chuàng)建系統(tǒng)[J]. 錢超杰,楊明,戚明旭,王春香,王冰.  機(jī)器人. 2019(04)
[10]基于直線特征的機(jī)器人自主定位方法[J]. 楊晶東,彭坤,顧浩楠,師艷偉.  上海交通大學(xué)學(xué)報(bào). 2018(09)

博士論文
[1]醫(yī)學(xué)圖像配準(zhǔn)算法研究[D]. 張紅穎.天津大學(xué) 2007

碩士論文
[1]基于ROS的移動(dòng)機(jī)器人自主定位與導(dǎo)航方法研究[D]. 王強(qiáng).浙江工業(yè)大學(xué) 2017



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