Martin Magnusson
3D Scan Matching for Mobile Robots with Application to Mine Mapping
Licentiate Thesis, Örebro 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 Straßer. 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 Straßer. 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, Örebro University},
  SERIES = {Studies from the Department of Technology at Örebro University},
  NUMBER = 17,
  YEAR = 2006,
  MONTH = sep
}