Martin Magnusson
3D Scan Matching for Mobile Robots with Application to Mine Mapping
Licentiate Thesis, Írebro University, September 2006
Abstract:

This thesis is concerned with three-dimensional scan registration, in particular of underground mine tunnels. Registration of partial range scans is an essential part of building 3D maps, and autonomous creation of reliable maps is a first step towards autonomous mining vehicles.

The thesis presents a survey of relevant sensor technology and discusses the advantages and disadvantages of different sensors for use in mine environments. A survey of the state of the art in scan registration algorithms is also presented, as well as a number of relevant applications.

A new algorithm for registration of 3D data is presented, which is a generalisation of the normal distributions transform (NDT) for 2D data developed by Biber and Stra▀er. A detailed quantitative and qualitative comparison of the new algorithm with existing registration algorithms is shown. Results with actual mine data, some of which were collected with a prototypical new 3D laser scanner, show that the presented algorithm is faster and in many cases more accurate, compared with the current standard in 3D registration.

Sammandrag:

Den här avhandlingen behandlar tredimensionell scanmatchning, med särskilt fokus på modellering av underjordiska gruvtunnlar. Matchning (även kallat registrering) av partiella 3D-scanningar är ett nödvändigt moment när man bygger 3D-kartor, och att automatiskt skapa pålitliga kartor är ett första steg mot självgående gruvfordon.

Avhandlingen presenterar en översikt av relevant sensorteknologi och diskuterar för- och nackdelar med olika sensorer i gruvmiljö. En översikt av moderna scanmatchningsalgoritmer presenteras också, samt ett antal relevanta tillämpningar.

En ny algoritm för registrering av 3D-data presenteras också. Algoritmen är en generalisering av normaldistributionstransformen (NDT) för 2D-data som utvecklades av Biber och Stra▀er. En detaljerad kvalitativ och kvantitativ jämförelse av den nya algoritmen och tidigare tillgängliga metoder visas. Resultat med verkliga gruvdata, varav vissa samlats in med en prototyp av en ny 3D-laserscanner, visar att den presenterade algoritmen är snabbare och i många fall mer exakt, jämfört med den nuvarande standarden inom 3D-registrering.

Download: Thesis (G5 paper size): [PDF (2.9MB)]
@PHDTHESIS{Magnusson:LicThesis:2006,
  AUTHOR = {Martin Magnusson},
  TITLE = {{3D} Scan Matching for Mobile Robots with Application to Mine Mapping},
  PUBLISHER = {Licentiate thesis, Írebro University},
  SERIES = {Studies from the Department of Technology at Írebro University},
  NUMBER = 17,
  YEAR = 2006,
  MONTH = sep
}