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Point-cloud segmentation of individual trees in complex natural forest scenes based on a trunk-growth method 被引量:4
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作者 Qianwei Liu Weifeng Ma +3 位作者 Jianpeng Zhang Yicheng Liu Dongfan Xu Jinliang Wang 《Journal of Forestry Research》 SCIE CAS CSCD 2021年第6期2403-2414,共12页
Forest resource management and ecological assessment have been recently supported by emerging technologies.Terrestrial laser scanning(TLS)is one that can be quickly and accurately used to obtain three-dimensional fore... Forest resource management and ecological assessment have been recently supported by emerging technologies.Terrestrial laser scanning(TLS)is one that can be quickly and accurately used to obtain three-dimensional forest information,and create good representations of forest vertical structure.TLS data can be exploited for highly significant tasks,particularly the segmentation and information extraction for individual trees.However,the existing single-tree segmentation methods suffer from low segmentation accuracy and poor robustness,and hence do not lead to satisfactory results for natural forests in complex environments.In this paper,we propose a trunk-growth(TG)method for single-tree point-cloud segmentation,and apply this method to the natural forest scenes of Shangri-La City in Northwest Yunnan,China.First,the point normal vector and its Z-axis component are used as trunk-growth constraints.Then,the points surrounding the trunk are searched to account for regrowth.Finally,the nearest distributed branch and leaf points are used to complete the individual tree segmentation.The results show that the TG method can effectively segment individual trees with an average F-score of 0.96.The proposed method applies to many types of trees with various growth shapes,and can effectively identify shrubs and herbs in complex scenes of natural forests.The promising outcomes of the TG method demonstrate the key advantages of combining plant morphology theory and LiDAR technology for advancing and optimizing forestry systems. 展开更多
关键词 Terrestrial laser scanning point-cloud Northwest Yunnan Natural forests Single-tree segmentation Trunk-growth
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GENERATE ROUGH TOOL-PATHS FROM UNORGANIZED POINT-CLOUD DIRECTLY 被引量:1
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作者 WU Shixiong WANG Chengyong FAN Jingming 《Chinese Journal of Mechanical Engineering》 SCIE EI CAS CSCD 2007年第5期1-4,共4页
An approach is presented to generate rough interference-free tool-paths directly from massive unorganized data in rough machining that is performed by machining volumes of material in a slice-by-slice manner.Unorganiz... An approach is presented to generate rough interference-free tool-paths directly from massive unorganized data in rough machining that is performed by machining volumes of material in a slice-by-slice manner.Unorganized point-cloud is firstly converted to cross-section data.Then a robust data-structure named tool-path net is constructed to save tool-path data.Optimal algorithms for partitioning sub-cut-areas and computing interference-free cutter-locations are put forward.Finally the tool-paths are linked in a zigzag milling mode,which can be transformed into a traveling sales man problem.The experiment indicates optimal tool paths can be acquired,and high computation efficiency can be obtained and interference can be avoided successfully. 展开更多
关键词 Rough machining Tool path Unorganized point-cloud
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基于点云数据的树木骨架提取算法
3
作者 任力生 王雷 王芳 《中国农机化学报》 北大核心 2026年第3期68-73,80,共7页
树木点云模型对树木保护、树木生长情况监测、构造数字孪生体具有重要意义。传统的点云骨架提取算法在提取树木点云骨架时,会出现对原始树木分叉处以及树枝生长的最外边界不能正确提取的问题。基于此,提出一种基于点云的树木点云骨架提... 树木点云模型对树木保护、树木生长情况监测、构造数字孪生体具有重要意义。传统的点云骨架提取算法在提取树木点云骨架时,会出现对原始树木分叉处以及树枝生长的最外边界不能正确提取的问题。基于此,提出一种基于点云的树木点云骨架提取算法。首先,采用基于K—means的改进L1—中值骨架提取算法来提取树枝中间点,利用凸包算法对树木外边界点进行提取,并提出一种基于树木外边界点进行最近点搜索算法来提取树木分叉点。然后,将中间点、分叉点、边界点相融合得到树木点云骨架点。结果表明,通过豪斯多夫距离和倒角距离的定量评估,本算法提取的骨架点与原始点云具有较高的匹配度。相较于传统方法,本算法提取的骨架点经过归一化处理后,豪斯多夫距离和倒角距离均小于0.5,且整体表现优于对比算法。此外,采用三次贝塞尔曲线进行骨架线连接,能够有效保持树木的原始拓扑结构特征,显著提升骨架提取的准确性和完整性。 展开更多
关键词 树木骨架 点云数据 凸包算法 体素
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基于深度霍夫投票的建筑点云轻量级表面重建
4
作者 陈佳舟 朱肖航 +5 位作者 徐阳辉 高崟 鲁一慧 毛真 李胜龙 章超权 《浙江大学学报(工学版)》 北大核心 2026年第2期341-350,共10页
针对实景三维场景中建筑物结构缺失、数据冗余、噪声多等问题,提出新的建筑点云轻量级表面重建方法,进行建筑的多边形网格模型重建.构建高效的建筑数据集生成框架,自动生成包含5500个带标签的建筑模型数据.针对建筑点云中平面提取困难... 针对实景三维场景中建筑物结构缺失、数据冗余、噪声多等问题,提出新的建筑点云轻量级表面重建方法,进行建筑的多边形网格模型重建.构建高效的建筑数据集生成框架,自动生成包含5500个带标签的建筑模型数据.针对建筑点云中平面提取困难的问题,使用深度霍夫投票预测建筑平面,采用基于面的非极大值抑制算法(F-NMS)有效去除预测的重复面以及错误面.设计建筑平面相邻关系预测模块,对经过非极大值抑制后的建筑平面进行相邻关系的预测.定量实验结果表明,与如PolyFit的传统方法相比,所提方法在拟合精度与场景适应性方面均具有显著优势.使用所提方法重建的建筑多边形网格模型保留了输入建筑点云的主要结构特征,存储量不到原始点云的1%. 展开更多
关键词 三维点云 建筑简化 三维重建 霍夫投票 网格模型
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煤矿采掘工作面的激光雷达与相机跨模态联合标定方法
5
作者 杨文娟 任志腾 +6 位作者 张旭辉 杜昱阳 李长鹏 张超 许洁 万继成 雷孟宇 《煤田地质与勘探》 北大核心 2026年第2期246-258,共13页
【目的】煤矿井下采掘工作面光照不足、粉尘干扰和点云稀疏条件下特征难以稳定提取,严重制约了井下非结构化场景特征的相机与激光雷达联合标定的精度与鲁棒性。【方法】针对综采工作面和掘进巷道等复杂工况,提出一种激光雷达与相机跨深... 【目的】煤矿井下采掘工作面光照不足、粉尘干扰和点云稀疏条件下特征难以稳定提取,严重制约了井下非结构化场景特征的相机与激光雷达联合标定的精度与鲁棒性。【方法】针对综采工作面和掘进巷道等复杂工况,提出一种激光雷达与相机跨深度特征耦合的联合标定方法。在特征提取阶段,改进了随机抽样一致(random sample consensus,RANSAC)的多平面拟合算法,结合法向量预分簇与自适应迭代机制,实现对液压支架顶梁、掘进机外壳等几何结构高效提取;同时提出跨深度边缘融合策略,协同利用曲率不连续与平面交线特征,增强边缘结构的完整性与鲁棒性。在标定框架上,采用两阶段配准策略:粗配准通过轴向循环扰动策略快速估计初始外参,精配准则在李群空间构建点、线联合约束与非线性优化迭代,确保在煤尘干扰和复杂工况下仍能实现高精度对齐。【结果和结论】在Gazebo仿真平台与实际井下实验场景上对所提方法进行了验证,结果表明,该方法在无噪声时旋转误差小于0.2°、平移误差低于0.02 m,平均重投影误差不超过3.5 px,且在高噪声环境下仍保持优异稳定性,与传统方法相比,所提方法在掘进工作面与综采工作面下的平均重投影误差分别为2.89 px和3.03 px,显著优于对比方法。该方法无需依赖人工标定物,具备良好的环境适应性与稳定性,可满足煤矿井下复杂环境中多模态感知单元的高精度标定需求。 展开更多
关键词 激光雷达 相机 联合标定 点云配准 点云平面提取 煤矿 采掘工作面
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基于LM算法的三维点云与二维图像标定方法
6
作者 吴龙 陶奕帆 +2 位作者 杨旭 徐璐 陈淑玉 《现代电子技术》 北大核心 2026年第1期59-65,共7页
针对激光雷达与相机检测时标定精度不足,导致后续激光雷达点云与相机图像的空间对齐产生误差,影响后续特征匹配、物体检测和三维重建准确性的问题,文中提出一种基于激光雷达三维点云和单目相机的二维图像的标定方法,旨在实现对大规模物... 针对激光雷达与相机检测时标定精度不足,导致后续激光雷达点云与相机图像的空间对齐产生误差,影响后续特征匹配、物体检测和三维重建准确性的问题,文中提出一种基于激光雷达三维点云和单目相机的二维图像的标定方法,旨在实现对大规模物体的精确检测和三维环境重建。该方法首先通过多帧点云数据叠加获得相对密集的点云测量,并利用角点检测算法检测图像中的特征角点;随后使用偏最小二乘法(PLS)对参数进行求解;最后利用LM迭代算法最小化重投影误差,提高标定精度。标定结果表明,SPAAM算法相较于经典方法重投影误差减少8.6%,所提方法相较于经典方法重投影误差减少近38.2%,验证了所提方法的准确性和有效性。 展开更多
关键词 激光雷达 单目相机 标定方法 点云数据 偏最小二乘法 LM迭代算法
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一种融合道路线形的路面三维精细建模方法
7
作者 刘如飞 胡宁 +1 位作者 陈敏 苏辕 《公路交通科技》 北大核心 2026年第2期75-83,共9页
【目标】为了解决现有路面三维重建方法存在的精度低、细节层次不丰富、适应性差及无法满足道路管理养护需求等问题,提出了一种融合道路线形的路面自动化三维建模算法。【方法】首先,从道路车载激光点云的数据特点入手,结合路面线形结构... 【目标】为了解决现有路面三维重建方法存在的精度低、细节层次不丰富、适应性差及无法满足道路管理养护需求等问题,提出了一种融合道路线形的路面自动化三维建模算法。【方法】首先,从道路车载激光点云的数据特点入手,结合路面线形结构,引入道路中线约束,并采用Alpha Shapes算法进行数据预处理,提取道路边界点和路面特征点。然后,针对预处理后的点云数据特征,基于逐点插入的Delaunay三角网构网方法,设计了一种有序点云道路边界约束算法。这种算法能够识别与删除路面域外的三角形,适应各种线形的路面结构,提高重建的准确性。最后,对生成的路面三维模型进行构网效果、质量和精度的评定,验证该方法的可行性和准确性。【结果】在提取路面特征点时,融入道路线形约束可以得到简化路面点云,该点云能够代表路面的关键特征,从而降低数据的复杂性和处理时间。同时,在构建路面三角网模型的过程中,采用设计的有序点云道路边界约束算法,能够有效剔除域外的三角形,确保模型与实际道路轮廓吻合,从而满足各种道路线形的路面三维重建需求。【结论】所提出的融合道路线形的路面自动化三维建模算法,能够有效提升路面三维重建的精度与准确性,增强对不同线形道路结构的适应性,从而更好地满足道路管理养护的实际需求。 展开更多
关键词 道路工程 路面三维精细建模 DELAUNAY三角网 道路线形 车载激光点云
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基于改进PointPillars的自动驾驶障碍物点云检测算法
8
作者 沈跃 沈卓凡 +2 位作者 刘慧 周昊 曾潇 《江苏大学学报(自然科学版)》 北大核心 2026年第2期125-133,共9页
针对自动驾驶场景下,近处干扰点云误检率高、远处稀疏点云漏检率高的问题,提出了一种基于改进PointPillars的自动驾驶障碍物点云检测算法.首先,通过聚合模块和共享多层感知机(shared multi-layer perceptron,MLP)对柱体内点云进行特征编... 针对自动驾驶场景下,近处干扰点云误检率高、远处稀疏点云漏检率高的问题,提出了一种基于改进PointPillars的自动驾驶障碍物点云检测算法.首先,通过聚合模块和共享多层感知机(shared multi-layer perceptron,MLP)对柱体内点云进行特征编码,采用最大池化与平均池化叠加的方法将点云的显著特征与细节特征映射为柱体特征;其次,针对算法对伪图特征关注与利用不充分的问题,引入坐标注意力(coordinate attention,CA)机制和残差连接的伪图特征提取模块(attention and residual second block,ARSB),将深层与浅层特征图进行融合,优化算法梯度,增强算法对有效目标的关注度.试验结果表明:改进算法对全局点云检测精度较高,平均精度优于PointPillars、稀疏到稠密3D目标检测器(STD)等点云目标检测算法,在汽车类别上的检测精度优势明显,检测速度较快,符合实时性要求. 展开更多
关键词 障碍物点云 深度学习 点云目标检测 点云柱体编码 伪图特征提取模块
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基于特征流的点云目标检测方法
9
作者 陆军 邹康成 李杨 《智能系统学报》 北大核心 2026年第1期146-155,共10页
针对现有激光雷达点云三维目标检测方法因点云稀疏性导致的场景信息缺失与目标漏检问题,本文提出一种基于特征流的单阶段三维目标检测算法,该算法通过多帧时空特征融合与动态对齐机制优化检测性能。首先,构建门控网络驱动的多帧融合框架... 针对现有激光雷达点云三维目标检测方法因点云稀疏性导致的场景信息缺失与目标漏检问题,本文提出一种基于特征流的单阶段三维目标检测算法,该算法通过多帧时空特征融合与动态对齐机制优化检测性能。首先,构建门控网络驱动的多帧融合框架,利用可变形注意力机制协同时空特征提取模块,实现跨帧特征的动态对齐,抑制未对齐特征融合导致的误检;其次,设计时空特征引导的可变形注意力机制,通过目标运动信息预测特征偏移与权重,提升稀疏点云的特征匹配精度;最后,设计层级式特征流提取模块,结合多尺度特征提取与渐进融合策略,增强场景表征能力。实验结果表明,所提算法在NuScenes验证集上的平均精度均值达到63.73%,较体素基准方法提升4.51%,其中摩托车、自行车等小目标检测精度提升超过14%。消融实验结果表明,多帧互补机制使远距离目标(>50 m)召回率提升16.2%,遮挡场景漏检率降低11.8%。本研究为自动驾驶领域稀疏点云三维检测提供了有效方案。 展开更多
关键词 激光雷达点云 目标检测 特征流 特征对齐 时序特征融合 可变形注意力机制 鸟瞰视角表示 多帧点云融合
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基于LGSA-HFFNet的多尺度特征融合点云配准算法
10
作者 于智龙 高东浦 +2 位作者 黄成 齐丽华 张彪 《仪器仪表学报》 北大核心 2026年第1期353-365,共13页
为了解决基于点云配准的阀门位姿估计工作中点云背景复杂、部分特征被遮挡缺失、噪声干扰等问题,提出了一种轻量化图-空间注意力机制的多尺度特征融合点云配准网络(LGSA-HFFNet)点云配准算法。该方法设计并使用多尺度并行卷积特征提取层... 为了解决基于点云配准的阀门位姿估计工作中点云背景复杂、部分特征被遮挡缺失、噪声干扰等问题,提出了一种轻量化图-空间注意力机制的多尺度特征融合点云配准网络(LGSA-HFFNet)点云配准算法。该方法设计并使用多尺度并行卷积特征提取层,强化模型特征提取,避免模型训练中梯度爆炸问题并加速收敛;其次,设计结合图注意力与空间注意力机制并进行轻量化改进的轻量化图-空间注意力机制(LGSA)模块,解决由点云信息特征的无序性造成的神经网络特征提取困难的问题,使模型能够有效提取点云局部特征;最后,使用设计位姿估计实验验证系统,将模型在实际阀门位姿估计工作中进行实机部署实验。实验结果表明,LGSA-HFFNet算法在阀门点云配准实验中平均相对平移误差低至0.05 m,对旋转误差低至0.984°,且具有良好的鲁棒性,在复杂背景下平移及旋转配准性能仅下降2%、7.5%,配准耗时相较于迭代最近点(ICP)降低80.32%,配准性能远优于ICP和半正定随机化抽样一致(SDRSAC)等传统算法;在ModelNet40对比实验中的旋转、平移误差降低至2.293°和0.006 m,配准旋转误差达到比较先进的水平,平移误差较现有模型有较大优势;在噪声干扰较大的真实场景阀门位姿估计数据集实验中误差降低至2.1757°和0.036 m,相较于现有模型误差至少降低28.98%和17.81%。 展开更多
关键词 点云配准 图注意力 空间注意力 特征融合 轻量化网络
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基于分层超点自注意力模型的自动驾驶3维语义分割研究
11
作者 杜荣华 李宗 +5 位作者 张金来 尹潜 段腾 李康成 刘文正 高凯 《激光技术》 北大核心 2026年第1期9-21,共13页
为了解决自动驾驶车辆语义分割时的物体边界划分模糊和全局语义混淆的问题,提出了一种基于分层超点自注意力模型的层级融合点云语义分割方法。其中边界轮廓增强模块通过多尺度卷积增强边界特征,双重注意力机制通过局部与全局建模超点特... 为了解决自动驾驶车辆语义分割时的物体边界划分模糊和全局语义混淆的问题,提出了一种基于分层超点自注意力模型的层级融合点云语义分割方法。其中边界轮廓增强模块通过多尺度卷积增强边界特征,双重注意力机制通过局部与全局建模超点特征的坐标差异和长依赖关系、层级融合机制融合邻近层超点细粒度特征和拓扑关系;在S3DIS、KITTI-360和DALES 3个大规模点云数据集进行了大量实验和可视化对比。结果表明,采用该方法在3个数据集上分别获得67.6%、61.7%和79.2%的高平均交并比,推理时间为1.8 s。该方法可显著提升点云分割精度并且具有良好的鲁棒性和推理效率,为车辆在多个驾驶场景下提供准确的语义信息,为后续高精地图定位等工作提供了重要的语义支撑。 展开更多
关键词 激光技术 点云分割 自注意力 自动驾驶感知
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地理加权主成分分析与自适应α-shape的带式输送机堆煤智能识别方法
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作者 毛清华 何君怡 +3 位作者 刘韩勇 翟姣 王荣泉 薛旭升 《煤炭科学技术》 北大核心 2026年第2期467-483,共17页
针对复杂工况下煤矿带式输送机传统堆煤识别方法准确性、稳定性不高和三维点云的煤堆表面三维重建完整性不足导致堆煤误判等问题,提出一种地理加权主成分分析(GWPCA)和自适应α-shape三维点云重建的堆煤智能识别方法。针对深度相机全视... 针对复杂工况下煤矿带式输送机传统堆煤识别方法准确性、稳定性不高和三维点云的煤堆表面三维重建完整性不足导致堆煤误判等问题,提出一种地理加权主成分分析(GWPCA)和自适应α-shape三维点云重建的堆煤智能识别方法。针对深度相机全视角采集点云数据量大导致处理速度慢、识别率低等问题,通过手动绘制ROI(Region of Interest)局部区域确定带式输送机表面目标点云数据,并采用直通滤波有效滤除冗余点和噪点、孤立数据,实现带式输送机表面煤堆点云数据快速、准确获取。针对煤堆侧表面点云缺失问题,构建基于地理加权主成分分析(GWPCA)的改进型泊松表面重建模型,通过输送带面与煤堆上表面的空间拓扑关系,结合法向约束机制实现点云数据补全,并采用最小凸包筛选算法消除伪平面干扰。针对不同形态煤堆与输送带表面分割问题,建立煤堆底部边界紧凑度和局部曲率标准差的函数关系,实现自适应α-shape算法的煤堆底部轮廓边界提取,准确分割煤堆点云数据并计算其等效宽度。针对采用单一参数的堆煤识别方法易受局部敏感值影响导致识别结果出现偏差的问题,提出一种基于煤堆宽/高最大值和等效值联合判别的堆煤识别方法,采用局部点云高度值的核密度函数期望值计算等效高度和最小包围盒计算最大宽、高值。搭建带式输送机堆煤智能识别试验平台,开展不同试验环境下的堆煤识别验证试验,结果表明:正常光照环境下,最大宽度和高度检测的平均误差分别为0.40 cm、0.35 cm,单帧宽/高等效值与最大值之间的相关系数为0.983,平均检测速度为每帧1.15 s,有效反映了真实的煤堆状态;粉尘环境下,最大宽度和高度检测的平均误差分别为0.46 cm、0.47 cm,单帧平均识别速度为1.23 s。等效值能准确反映煤堆整体形态变化,实现了堆煤状态的准确、可靠判别。 展开更多
关键词 带式输送机 堆煤 三维点云 GWPCA 泊松表面重建 智能识别
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基于煤尘对激光雷达电磁波散射和吸收效应的点云数据增强方法
13
作者 李世伟 周昱峰 +3 位作者 孙鹏飞 刘伟松 孟竹喧 廉浩杰 《计算机应用》 北大核心 2026年第1期331-340,共10页
当前的三维目标检测模型大都基于数据驱动的深度学习技术,因此数据集的质量对模型的性能至关重要。针对煤尘环境数据集缺失和建立真实煤尘环境数据集费时费力的问题,提出一种基于煤尘对激光雷达(LiDAR)电磁波散射和吸收效应的点云数据... 当前的三维目标检测模型大都基于数据驱动的深度学习技术,因此数据集的质量对模型的性能至关重要。针对煤尘环境数据集缺失和建立真实煤尘环境数据集费时费力的问题,提出一种基于煤尘对激光雷达(LiDAR)电磁波散射和吸收效应的点云数据增强方法。该方法针对煤尘粒子的光学特性,构建LiDAR电磁波在煤尘中的传播仿真模型,从而模拟LiDAR信号在煤尘环境中的衰减与散射;然后,在晴朗环境下采集的真实点云数据基础上,基于仿真模型对点云的三维坐标和反射强度进行修正,从而生成符合煤尘环境感知特性的仿真点云数据;最后,在增强后的仿真数据集上训练并测试5种主流三维目标检测模型(PV-RCNN++、PV-RCNN、PointRCNN、PointPillars和Voxel_RCNN_Car)。结果表明,所提方法让这5种检测模型在煤尘环境下的检测精度均有所提升,其中模型复杂度最高的PV-RCNN模型在汽车、行人和骑行者类别上的中等难度表现分别提高了1.88、1.74和0.84个百分点。可见,在煤尘环境中,相较于在晴朗条件下训练的模型,使用增强后的点云数据训练的目标检测模型的检测精度有显著提升,能更可靠地感知露天矿复杂环境,为无人驾驶矿车的稳定运行提供了数据支撑。 展开更多
关键词 无人驾驶矿车 激光雷达 三维点云 数据增强 物理仿真 目标检测
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基于激光雷达点云的公路二维视距检测技术
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作者 张韡 刘涛 +2 位作者 李永 蒋磊 陈涛 《应用激光》 北大核心 2026年第2期132-139,共8页
为实现快速、准确、自动化的公路视距检测,基于激光雷达点云提出一种将公路边界量化为视距的方法。首先,对原始点云进行纵向滤波和垂向滤波以减少点云数量,再利用随机抽样一致性算法(RANSAC算法)分别提取高度阈值为0.2 m和1.2 m的平面,... 为实现快速、准确、自动化的公路视距检测,基于激光雷达点云提出一种将公路边界量化为视距的方法。首先,对原始点云进行纵向滤波和垂向滤波以减少点云数量,再利用随机抽样一致性算法(RANSAC算法)分别提取高度阈值为0.2 m和1.2 m的平面,将二者作差得到粗略的公路边界。其次,将粗略的公路边界投影至XOY平面后分割为左右两个边界,并采用散点轮廓算法(Alpha-Shapes算法)分别提取其边界轮廓,再结合边界轮廓的位置关系得到精准的公路边界线。再次,基于弯道线形组成规律采用最小二乘法对精准的公路边界线进行拟合,并利用曲线积分求解边界长度。最后,建立公路视距检测模型并通过实车试验验证模型的准确性。结果表明:公路视距检测模型求解的视距与实测视距相比较,绝对误差范围为0.68~2.92 m,相对误差范围为2.48%~5.49%,且误差随实测视距的减小而减小,模型准确性较高,具有实际工程应用价值。 展开更多
关键词 公路视距检测 激光雷达点云 随机一致性算法 散点轮廓算法 最小二乘法
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室外半静态环境下基于快速会话对齐的地图更新方法
15
作者 方宝富 谢艺 +1 位作者 王浩 袁晓辉 《机器人》 北大核心 2026年第1期137-149,共13页
目前室外半静态环境下的地图更新算法普遍存在速度较慢,无法实时运行的问题。为此,本文提出一种基于会话快速对齐的地图更新方法,目的是提高会话对齐的速度,保证地图与环境的一致性。首先引入高斯曲率来稀疏化点云以减小点云规模,并进... 目前室外半静态环境下的地图更新算法普遍存在速度较慢,无法实时运行的问题。为此,本文提出一种基于会话快速对齐的地图更新方法,目的是提高会话对齐的速度,保证地图与环境的一致性。首先引入高斯曲率来稀疏化点云以减小点云规模,并进行体素化点云配准,利用所获取的约束构造因子图;然后,引入历史约束实现局部会话的因子图修补,解决因回环检测和点云配准失效导致的因子图构造失败问题;最后,通过因子图优化实现会话对齐,并基于对齐的会话进行地图更新。在MulRan数据集和LT-ParkingLot数据集上评估了该方法,其会话对齐频率达到了13 Hz,相较于原方法提升了80%,可实现在工厂等经典半静态场景下实时对齐会话。通过实验证明了本文方法在地图更新方面的有效性。 展开更多
关键词 地图更新 长期SLAM(同步定位与地图构建) 会话对齐 点云配准 因子图修补
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基于点云序列注意力的三维接触网吊弦缺陷检测
16
作者 陈永 安卓奥博 《铁道科学与工程学报》 北大核心 2026年第2期966-976,共11页
接触网作为高速铁路牵引供电装置的核心组成部分,是保持高速列车运行稳定和安全的重要装置。其中,吊弦作为高速铁路列车供电取流的重要高压输电装置之一,其完整性和稳定性直接关系到列车牵引供电质量和行车安全。高速列车运行时,弓网系... 接触网作为高速铁路牵引供电装置的核心组成部分,是保持高速列车运行稳定和安全的重要装置。其中,吊弦作为高速铁路列车供电取流的重要高压输电装置之一,其完整性和稳定性直接关系到列车牵引供电质量和行车安全。高速列车运行时,弓网系统的耦合作用使吊弦处于频繁振动状态,造成部分吊弦在服役中出现断裂、松股等缺陷。针对现有三维点云分割方法存在不能充分利用接触网点云的空间结构特征、难以高效筛选关键部件点云信息,导致接触网部件检测分割不准确的问题,提出了一种基于点云序列注意力Transformer的三维接触网吊弦缺陷检测方法。首先,构建基于序列注意力机制的Transformer点云分割框架,缓解了接触网中零部件非物理连接区域的遮挡问题,同时提升了点云结构分割的精确性。其次,设计栅格点云采样方法,根据吊弦部件的分割结果,完成对噪声点、离群点和背景点的有效滤除。最后,提出改进后的RANSAC吊弦缺陷检测算法,通过吊弦和相关部件点云的三维空间坐标信息,完成对吊弦缺陷的检测。实验结果表明:所提点云模型的接触网部件点云分割F1-score最高,达到95.46%,较DGCNN提高了5.37%,较PAConv提高了4.23%,OA指标较DGCNN和PAConv分别提升5.87%和4.82%。对不同场景下的点云吊弦能够有效识别缺陷种类,提高了点云吊弦缺陷检测的准确性和鲁棒性。 展开更多
关键词 高铁接触网 点云分割 吊弦缺陷检测 点云序列注意力 栅格点云采样
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基于点云的复杂工件机器人喷涂方法
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作者 王化明 沈颖 +1 位作者 姜少华 徐轲 《江苏大学学报(自然科学版)》 北大核心 2026年第1期25-30,共6页
针对示教喷涂机器人在面对多品种小批量工件时适应性差的问题,研究一种基于3D点云模型参数化重建的复杂工件机器人喷涂方法.采用线激光视觉传感器扫描工件得到其3D点云,去除点云中背景及挂钩以分割工件点云,在工件点云主矢量方向投影并... 针对示教喷涂机器人在面对多品种小批量工件时适应性差的问题,研究一种基于3D点云模型参数化重建的复杂工件机器人喷涂方法.采用线激光视觉传感器扫描工件得到其3D点云,去除点云中背景及挂钩以分割工件点云,在工件点云主矢量方向投影并切片以获得工件尺寸,进行工件的参数化建模.根据工件特征表面的类型,将凹面和具有复连通区域的面分解为封闭的凸面,采用扫描线法生成喷涂路径并进行机器人轨迹规划.构建机器人喷涂系统,多次测试表明:系统能基于工件点云进行三维模型重建及机器人轨迹规划,机器人能沿规划轨迹运动,对工件悬挂位姿要求不敏感,满足工件喷涂的实际需求. 展开更多
关键词 机器人 点云 参数化建模 轨迹规划 喷涂系统
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基于三维点云的隧道弧形钢筋间距检测
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作者 李凤玲 张俊峰 李向前 《中国工程机械学报》 北大核心 2026年第1期161-166,共6页
为解决隧道拱顶钢筋网中环向弧形钢筋与纵向水平钢筋交叉放置导致弧形钢筋空间结构检测难度大的问题,提出一种基于点云聚类改进算法的弧形钢筋识别方法。首先将钢筋网的三维点云正射投影到虚拟平面上,在2个不同方向上进行密度峰值聚类;... 为解决隧道拱顶钢筋网中环向弧形钢筋与纵向水平钢筋交叉放置导致弧形钢筋空间结构检测难度大的问题,提出一种基于点云聚类改进算法的弧形钢筋识别方法。首先将钢筋网的三维点云正射投影到虚拟平面上,在2个不同方向上进行密度峰值聚类;然后基于聚类结果对弧形钢筋的轴线进行拟合,实现对环向弧形钢筋最大实体边界的高效准确识别;最后根据最大化内部点的原则,基于公共法向量拟合出弧形钢筋中心轴的参数方程。实验结果表明:该算法得到弧形钢筋间距检测的均方根误差(RMSE)为1.900,相比于随机取样一致性算法的2.483和最小二乘法的2.261,具有更小的误差范围。 展开更多
关键词 点云 聚类算法 弧形钢筋 中心轴拟合 间距检测
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基于几何–方向先验感知的结构化场景点云配准
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作者 李晶晶 汪应宏 +2 位作者 郝明 朱新冉 郭彦晓 《时空信息学报》 2026年第1期100-113,共14页
现有点云配准方法在处理巷道、走廊等具有强方向性、重复结构、弱纹理特性的结构化场景时,难以有效利用场景固有几何方向先验知识,导致关键点区分度不足、误匹配率高,位姿估计趋于病态。因此,提出一种基于几何–方向先验感知点云配准(ge... 现有点云配准方法在处理巷道、走廊等具有强方向性、重复结构、弱纹理特性的结构化场景时,难以有效利用场景固有几何方向先验知识,导致关键点区分度不足、误匹配率高,位姿估计趋于病态。因此,提出一种基于几何–方向先验感知点云配准(geometric-orientational prior-aware point cloud registration,GOAPReg)网络。首先,通过基于KPConv多尺度特征提取框架与场景主方向计算,设计显式轴向约束关键点提取模块,筛选与结构主轴一致的关键点;其次,融合点云内自注意力与点云间交叉注意力,构建几何–方向先验感知特征交互描述符学习机制,强化点云内部上下文感知与跨点云间的特征关联和一致性;最后,通过方向解耦内点匹配策略,利用3D代价卷积网络估计SO(2)旋转,并结合随机采样一致性算法迭代求解最优变换矩阵。结果表明:在3DMatch数据集上,GOAPReg网络的相对旋转误差为1.941°、相对平移误差为0.062 m、配准召回率为92.8%;在S3DIS走廊数据集上,其值分别为1.227°、0.045 m、95.5%。此外,在实采巷道、走廊与人工通道场景中亦表现出了良好的适应性与稳健性。 展开更多
关键词 点云配准 方向感知 几何感知 结构化场景 深度学习 巷道
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基于3D激光雷达SLAM的温室芦笋采收机器人自主导航方法
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作者 汪小旵 谢慎亮 +2 位作者 黄薛凯 王得志 黄慧星 《农业机械学报》 北大核心 2026年第4期138-150,共13页
针对温室芦笋枝叶自然生长遮挡道路、地垄作业环境狭小导致芦笋采收机器人自主行走过程建图噪点多、定位误差大、建图精度低等问题,本文设计了一种基于3D激光雷达SLAM的温室芦笋采收机器人自主导航系统,首先利用Velodyne 16线三维激光... 针对温室芦笋枝叶自然生长遮挡道路、地垄作业环境狭小导致芦笋采收机器人自主行走过程建图噪点多、定位误差大、建图精度低等问题,本文设计了一种基于3D激光雷达SLAM的温室芦笋采收机器人自主导航系统,首先利用Velodyne 16线三维激光雷达与N100惯性测量单元(Inertial measurement unit,IMU)传感器获取温室环境三维点云数据,并运用自适应点云滤波对点云数据进行预处理,滤除芦笋枝叶导致的噪点,减少导航系统计算量,其次运用基于扩展卡尔曼滤波的Cartographer纯定位算法进行全局重定位,最后运用Dijkstra算法进行全局路径规划,运用动态窗口算法进行局部路径规划。试验结果表明,自适应点云滤波处理最佳参数组合为K近邻点数量函数权重k_(1)为6.912、标准差阈值函数权重s_(1)为0.334、标准差阈值常数偏移s_(2)为0.918,结合自适应点云处理的Cartographer算法可实现温室环境的高精度构建,最大绝对误差、最大相对误差和均方根误差分别为0.056 m、9.3%和0.035 m,改进的定位算法在温室环境的横向偏差不大于0.196 m,纵向偏差不大于0.082 m;自主行走系统以速度0.10、0.20、0.30 m/s运行时,横向平均偏差、纵向平均偏差及航向平均偏差不大于0.082 m、0.091 m和7.562°,横向偏差标准差、纵向偏差标准差及航向偏差标准差不大于0.078 m、0.092 m和6.561°。提出的导航方法能满足温室内自主行走系统的高精度建图、定位和导航需求,为采收机器人在农业环境中的自主行走应用提供了理论与技术支撑。 展开更多
关键词 芦笋采收机器人 温室 自主导航 激光雷达SLAM 自适应点云滤波
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