寧波材料所在快速高精度室內(nèi)建模方面取得進(jìn)展
室內(nèi)復(fù)雜場(chǎng)景的快速高精度重建在機(jī)器人定位與導(dǎo)航、建筑文檔數(shù)字化以及元宇宙等未來(lái)產(chǎn)業(yè)中發(fā)揮著重要作用。搭載激光雷達(dá)和全景相機(jī)的便攜式移動(dòng)測(cè)量設(shè)備能夠快速捕獲現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景的幾何結(jié)構(gòu)和紋理信息，但在GPS拒止的室內(nèi)環(huán)境中，由于缺乏全局一致的約束，在大尺度、多樓層場(chǎng)景的掃描中，易產(chǎn)生累計(jì)誤差，嚴(yán)重影響場(chǎng)景模型的精度。如何有效消除定位與建圖中的累計(jì)誤差，已成為該領(lǐng)域的核心難點(diǎn)問(wèn)題。
中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所計(jì)算機(jī)視覺(jué)團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期從事高精度室內(nèi)外三維建模相關(guān)的技術(shù)研究工作，圍繞室內(nèi)復(fù)雜場(chǎng)景的快速高精度建模開(kāi)展了多項(xiàng)卓有成效的研究。近日，該團(tuán)隊(duì)基于建筑物一致的縱向特征以及前沿的大規(guī)模非線性優(yōu)化技術(shù)，開(kāi)發(fā)出可實(shí)現(xiàn)室內(nèi)多層建筑亞厘米級(jí)精度的建模算法。該方法在室內(nèi)大規(guī)模場(chǎng)景下，連續(xù)運(yùn)動(dòng)估計(jì)的位移誤差小于1cm，旋轉(zhuǎn)誤差在0.5°以內(nèi)，精度優(yōu)于目前國(guó)內(nèi)外提出的同類方法，如圖1。
此外，針對(duì)數(shù)據(jù)采集過(guò)程中因動(dòng)態(tài)物體干擾易在重建點(diǎn)云中產(chǎn)生“ghost”偽影的問(wèn)題，該團(tuán)隊(duì)提出了一種結(jié)合場(chǎng)景體素化與時(shí)空狀態(tài)觀測(cè)的動(dòng)態(tài)特征評(píng)估方法，提高了室內(nèi)建模結(jié)果中動(dòng)態(tài)物體移除的精度和速度，如圖2。在大量場(chǎng)景下的測(cè)試結(jié)果表明，該方法的F1分?jǐn)?shù)穩(wěn)定在0.9以上，相比于目前最先進(jìn)的方法有著明顯的優(yōu)勢(shì)。
上述工作分別以“IPAL: Infinite Planes as Lines for Consistent Mapping in Indoor Multifloor Environments”“FADOR: Fast and Accurate Dynamic Object Removal for Indoor Scenes”為題，發(fā)表在學(xué)術(shù)期刊IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement上（DOI: 10.1109/TIM.2024.3353846，DOI: 10.1109/TIM.2024.3427828）。寧波材料所與浙江工業(yè)大學(xué)合培碩士生金肖楓為第一作者，葛建飛高級(jí)工程師為通訊作者。該研究得到了寧波市科技創(chuàng)新2025重大項(xiàng)目（2023Z224、2022Z080）等的支持。
圖1 高精度建模算法對(duì)比
圖2 基于時(shí)空觀測(cè)的動(dòng)態(tài)物體濾除算法
（機(jī)器人與智能制造裝備技術(shù)實(shí)驗(yàn)室）
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