基于全景相机和全向激光雷达的致密三维重建.docx

基于全景相机和全向激光雷达的致密三维重建杨力，刘俊毅，王延长，刘济林（浙江大学 信息与电子工程学系 ，浙 江 杭 州 ３１００２７）摘 要 ：为 了 实 现３６０°全 景 三 维 重 建 ，提出一种基于全景相机和全向激光雷达的联合标定和数据融合方法 ．采 用 二维 平面靶标进行联合标定 ，克服传统方法中提取雷达数据边缘信息不精确导 致 的 误 差 ，并且标定过程简单 ．在 此 基 础 上 ，提出一种基于超像素分割的致密三维重建算法 ，得到与物体平面一致的 超像素块分割结果 ，根据超像素块内 三维点估算物体平面 ，推算每个像素的深度信息 ，得到致密的三维重建信息 ．结 果 表 明 ，该算法标定结果精确 ，三 维 重建景物轮廓清晰 ，色 彩 对 应 准 确 ．关 键 词 ：全 景 相 机 ；全 向 激 光 雷 达 ；联 合 标 定 ；三 维 重 建 ；数 据 融 合 ；超 像 素中 图 分 类 号 ：ＴＰ３９１．４文 献 标 志 码 ：Ａ文 章 编 号 ：１００８－９７３Ｘ（２０１４）０８－１４８１－０７３ＤｄｅｎｓｅｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｂａｓｅｄｏｎｏｍｎｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌｃａｍｅｒａａｎｄｌａｓｅｒｒａｎｇｅｆｉｎｄｅｒＹＡＮＧ Ｌｉ，ＬＩＵＪｕｎ－ｙｉ，ＷＡＮＧ Ｙａｎ－ｃｈａｎｇ，ＬＩＵＪｉ－ｌｉｎ（ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＺｈｅｊｉａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ３１００２７，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏ ｐｒｏｄｕｃｅｔｈｅ ３６０－ｄｅｇｒｅｅｔｈｒｅｅ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，ａ ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｄａｔａｆｕｓｉｏｎｍｅｔｈｏｄｓｗｅｒｅｐｒｏｐｏｓｅｄｂａｓｅｄｏｎｏｍｎｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌｃａｍｅｒａａｎｄｌａｓｅｒｒａｎｇｅｆｉｎｄｅｒ．Ｕｓｉｎｇｔｈｅ２Ｄｃｈｅｃｋｅｒｂｏａｒｄ ｆｏｒｊｏｉｎｔｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ，ｏｕｒｍｅｔｈｏｄｄｏｅｓｎ’ｔｒｅｌｙｏｎｔｈｅｅｄｇｅｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｌｉｄａｒｄａｔａ，ｔｈｕｓａｖｏｉｄｓｔｈｅ ｅｒｒｏｒｏｆｆｅａｔｕｒｅｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ．Ｗｅａｌｓｏｐｒｏｐｏｓｅｄａｄｅｎｓｅ３Ｄ ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｂａｓｅｄｏｎｓｕｐｅｒｐｉｘｅｌ． Ｆｉｒｓｔ，ａｎｉｍａｇｅｉｓｓｅｇｍｅｎｔｅｄｉｎｔｏｓｕｐｅｒｐｉｘｅｌｂｌｏｃｋｓ，ｔｈｅｎｔｈｅｐｌａｎｅｏｆｔｈｅｂｌｏｃｋｉｓｅｓｔｉｍａｔｅｄｂａｓｅｄｏｎｔｈｅ ｌｉｄａｒｄａｔａ，ａｎｄｌａｓｔｔｈｅｄｅｐｔｈｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆｅａｃｈ ｐｉｘｅｌｉｎｔｈｅｓｕｐｅｒｐｉｘｅｌｂｌｏｃｋｉｓｃａｌｃｕｌａｔｅｄ．Ａｓｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗ，ｔｈｅｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎｉｓａｃｃｕｒａｔｅ，ｔｈｅｃｏｎｔｏｕｒｏｆｔｈｅｓｃｅｎｅｉｓｃｌｅａｒａｎｄｔｈｅｍａｐｐｉｎｇｏｆ ｔｈｅｃｏｌｏｒｉｓｃｏｒｒｅｃｔ．Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｏｍｎｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ ｃａｍｅｒａ； ｏｍｎｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ ｌａｓｅｒ ｒａｎｇｅ ｆｉｎｄｅｒ； ｊｏｉｎｔ ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ； ３Ｄｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ；Ｄａｔａｆｕｓｉｏｎ；ｓｕｐｅｒｐｉｘｅｌ．进 行数据融合的基础［５］．Ｇａｎｈｕａ［６］提 出 针 对 摄 像 机和２Ｄ 激 光 雷 达 ，采 用 直 角 三 角 形 平 板 作 为 靶 标 ，采 用 线 条 作 为 匹 配 特 征 得 到 标 定 结 果 ；Ｓｅｒｇｉｏ 等［７］采用 圆形标定靶标定摄像机与 激 光 雷 达的 外部 位置关 系 ．这些方法采用特制 的 靶 标 ，靶 标 的 制 作 过 程 容 易 引 入 误 差 ．项 志 宇 等［８］提 出 了 一 种 基 于 二 维 棋 盘 格 靶 标 的 标 定 方 法 ，较好地解决了透视相机和自行设 计 的 ３Ｄ 激 光 雷 达 的 标 定 问 题 ．Ｓｃａｒａｍｕｚｚａ 等［９］和激光雷达和 摄 像机是机 器 人导航领域最常用的 传 感 器 ．激 光 雷 达 能 够 快 速 、精 确地获取环境三维信 息 ，但 三 维 点 云 比 较 稀 疏 ，并且只有距离信息 ；摄 像 机能 够 获 得 致 密 、丰 富 的 信 息 ，但无法获取深度 ．将 二 者 进 行 数 据 融 合 ，可 得 到 较 理 想 的 三 维 重 建 结 果［１－４］．近 年 来 ，三 维全向激光雷 达 和 全 景 相 机 的 使 用 越 来 越 多 ，使致密的全 景三维重建成为可能 ．激光雷达与 摄 像机的联