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基于激光雷达的三维典型地面目标识别技术研究

作 者: 刘瑶
导 师: 马杰
学 校: 华中科技大学
专 业: 模式识别与智能系统
关键词: 激光成像雷达 三维目标识别 自旋图 点云 表面重建
分类号: TP391.41
类 型: 硕士论文
年 份: 2011年
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内容摘要


激光成像雷达是一种具有较高的距离分辨率、角分辨率和测量精度的新型高精度成像传感器。研究基于激光雷达的三维目标自动识别技术具有重要的军事应用价值和理论研究意义。本文以激光成像雷达为背景,以激光成像雷达仿真的三维模型为实验数据,以自旋图为目标特征,以相似性度量为匹配算法,研究了基于自旋图的三维地面目标自动识别。本文的主要研究内容如下:(1)在三维目标数据的获取与处理方面,分别针对地面真实数据和加载的三维模型,分析了激光光束与场景相交点坐标的求解过程,仿真出三维点云数据;讨论了激光成像雷达数据的表达方式,并选择适合于本文自旋图算法的不规则三角格网表示三维模型;提出了三维点云数据的目标提取方法以及三维表面重建方法。(2)在基于自旋图的目标识别算法方面,介绍了自旋图的生成过程,提出了场景目标和模型目标识别的四个识别指标,并且针对该识别指标,提出了组合识别准则;组合识别准则可以针对不同的成像条件进行自适应调整,可以达到性能和效率的平衡。该目标识别算法的主要思想是:将三维激光成像雷达点云数据转换到二维自旋图空间,那么三维目标识别的问题就转换为二维场景自旋图和模型自旋图的匹配问题。(3)分析了三维目标运动时的成像模型以及目标几何畸变的类型,并推导出目标几何畸变大小与目标运动参数之间的关系、成像几何畸变对特征提取的影响。(4)在三维目标识别实验方面,首先建立了典型地面目标数据库,其次研究了目标空间分辨率、激光雷达测距噪声、目标遮挡率以及成像几何畸变四个方面对目标识别结果的影响。实验结果验证了本文提出的目标识别算法的可行性。本文的研究可以为激光雷达三维目标识别系统的设计提供参考。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-15
  1.1 三维自动目标识别概述  9-10
  1.2 激光成像雷达传感器  10-11
  1.3 三维自动目标识别技术研究现状及课题引出  11-13
  1.4 论文的主要工作和内容安排  13-15
2 基于激光雷达的三维目标数据的获取与处理  15-32
  2.1 引言  15
  2.2 激光成像雷达扫描成像原理  15-16
  2.3 激光雷达三维点云数据的生成  16-22
  2.4 激光雷达三维目标表达方式  22-24
  2.5 激光雷达三维点云数据的处理  24-30
  2.6 三维目标数据的获取流程  30-31
  2.7 本章小结  31-32
3 基于自旋图的激光雷达三维目标识别方法  32-41
  3.1 引言  32
  3.2 三维特征提取(自旋图)  32-34
  3.3 基于自旋图的三维目标识别过程  34-37
  3.4 组合识别准则  37-39
  3.5 识别算法流程图  39-40
  3.6 本章小结  40-41
4 目标运动时的激光雷达成像分析  41-52
  4.1 目标运动时的成像模型  41-42
  4.2 目标边界的成像  42-45
  4.3 目标运动对成像的影响  45-47
  4.4 目标运动对特征提取的影响  47-48
  4.5 实验研究  48-52
5 基于自旋图的激光雷达三维目标识别实验及分析  52-72
  5.1 引言  52
  5.2 模型库的建立与场景目标的生成  52-56
  5.3 场景目标分辨率对目标识别的影响  56-61
  5.4 激光雷达测距噪声对目标识别的影响  61-64
  5.5 目标遮挡对目标识别结果的影响  64-66
  5.6 成像几何畸变对目标识别结果的影响  66-70
  5.7 本章小结  70-72
6 总结与展望  72-74
  6.1 研究工作总结  72-73
  6.2 后续研究工作展望  73-74
致谢  74-75
参考文献  75-80
附录1 作者在攻读硕士学位期间发表的论文和研究成果  80

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 计算机的应用 > 信息处理(信息加工) > 模式识别与装置 > 图像识别及其装置
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