単一線レーザーレーダーは構造がシンプルでコストが低く、消費電力も小さいという利点があるが、平面スキャンしか行えないため、独立した三次元再構築はできない。視覚センサーは豊富な画像情報を提供できるが、幾何学的な測定精度や耐干渉性に課題がある。単一線レーザーレーダーが空間の三次元情報を直接取得できないこと、および単一センサーによる再構築精度の低さという問題に対し、本稿ではレーザーレーダーとカメラを融合した三次元再構築システムを設計した。本システムはボールねじ機構により単一線レーザーレーダーを垂直方向に駆動してスキャンを実現し、空間三次元データを取得するとともに、深度カメラから得られるカラーのテクスチャ情報を組み合わせて再構築の品質を向上させる。まずシステム構成とスキャン測定の原理を明確にし、次に全体の三次元再構築プロセスを解析した。続いてレーザーレーダーとカメラ間の内部・外部パラメータのキャリブレーションを完了し、点群データのアライメントと融合を実現して三次元再構築の精度と完全性を効果的に向上させた。同時に実際の坑道を模擬した実験システムを構築し、パラメータキャリブレーション後の三次元再構築システムを用いてフレームごとにレーザーレーダー点群座標を計算し、11のターゲットを再構築した。実験結果はアライメント誤差が6.8 mm、融合後の点群は500 mmの測定範囲内で5.5 mm以下であることを示した。またシステムを利用して大型屋内床面の三次元再構築実験を行い、2600 mmの測定範囲で再構築誤差が12 mmを超えなかった。

レーザーレーダー;深度カメラ;垂直運動;共同キャリブレーション;三次元再構築