基于随机有限集的SLAM算法

提出一种基于随机有限集的同步定位与地图创建算法,该算法利用随机有限集对环境地图和传感器观测信息建模,建立联合目标状态变量的随机有限集。依据Bayesian估计框架,利用概率假设密度滤波的粒子滤波实现对机器人位姿和环境地图进行同时估计。新算法避免了数据关联过程,并能更加自然有效地表达同步定位与地图创建(simultaneous localization and mapping, SLAM)问题中多特征-多观测特性及多种传感器信息。在仿真实验中,利用FastSLAM2.0算法和新算法进行对比,实验结果验证了新算法的优越性。     

基于迭代无迹卡尔曼滤波的SLAM算法仿真研究

对迭代无迹卡尔曼滤波算法在SLAM问题中的应用进行仿真研究。通过仿真分析发现,与一般的无迹卡尔曼滤波算法相比,迭代的算法有时无法提高SLAM的精度,继而探讨了SLAM问题中选择采用迭代算法的条件;同时针对迭代算法的观测更新阶段,用阻尼的高斯-牛顿迭代方法改进完全高斯-牛顿迭代方法,从而提出一种改进的基于迭代无迹卡尔曼滤波的SLAM算法。仿真实验对提出的迭代条件进行了验证,仿真结果表明提出的SLAM算法与无迹卡尔曼滤波算法相比,可以进一步提高SLAM问题的估计精度。     

基于ROS的智能轮椅室内导航

针对传统的智能轮椅都是依靠开发者单独设计的控制系统及软件框架,在功能模块上不同产品之间的通用性极其不好的问题,提出一种基于机器人操作系统(robot operating system,ROS)的智能轮椅导航方法.由于激光传感器在测距上准确率较高,该方案采用激光测距仪作为主要传感器,并运用基于扩展卡尔曼滤波器同时定位与地图创建方法进行建图.设计了基于ROS的导航软件系统,将其分为底层运动控制和上层导航功能模块两部分,通过Ad-hoc网络连接,以server/client的方式完成控制.配置了基于ROS的语音功能包,可完成语音自主导航等功能.通过多次实验证明,该方案能构建与实际环境一致的地图,并能成功地完成智能轮椅的语音导航任务.     

Cholesky分解在协方差矩阵恢复中的使用

针对基于稀疏扩展信息滤波的同步定位与地图创建(simultaneous localization and mapping,SLAM)问题,分析并比较了最近邻数据关联、极大似然数据关联以及联合相容性检验数据关联的原理,阐述了边缘协方差矩阵恢复的必要性.在此基础上提出一种利用Cholesky分解由信息矩阵准确恢复协方差任意元素的方法,该方法具有较高的计算效率.在仿真实验中将该方法与协方差边界估计法比较,并分别用于3种数据关联算法的比较分析,表明所提出的方法适用于多种数据关联方法,能在保证定位精度的同时有效控制算法复杂度.最后对各种数据关联算法在稀疏扩展信息滤波SLAM中的性能进行了讨论.     

Rao-Blackwellised粒子滤波SLAM的一致性研究

Rao-Blackwellised粒子滤波SLAM(RBPF SLAM)算法的复杂度与特征个数呈线性关系,对于大规模SLAM有明显的计算优势,但是该算法不能长时间满足一致性要求,必须进行改进。采用归一化估计方差NEES对算法的一致性进行了分析,得出粒子耗尽是造成算法不一致的原因,并分别采用辅助粒子滤波及正则粒子滤波对算法进行改进,以得到一致的RBPF SLAM。最后,通过大量的Monte-Carlo仿真实验,验证了方法的有效性。     

基于分布式无味边缘粒子滤波的同步定位与地图构建

针对复杂环境下同步定位与地图构建(SLAM)中分布式粒子滤波算法存在计算量大、粒子退化严重的问题,在分布式算法的基础上结合无味粒子滤波和边缘化算法,提出了一种基于分布式无味边缘粒子滤波的算法.该算法依据分布式思想将系统分解为多个仅包含部分状态量的子系统,各子系统均采用无味粒子滤波算法进行状态估计,通过边缘化算法优化无味粒子滤波算法的边缘分布函数,主滤波器融合各子滤波器的数据计算最终结果,克服了滤波精度低、计算复杂度高的问题.最后,通过仿真试验证明改进的分布式边缘粒子滤波算法能够抑制粒子退化现象,具有较好的实时性和滤波精度,是解决SLAM的新的有效方法.     

Information engineering at Oxford

Information engineering mainly focus on application, uncertainty and information for its utility. This lecture discussed several aspects of information engineering research in Oxford, included the areas of mobile robotics, signal processing, realtime computer vision for object tracking, 3D reconstruction of space, medical image analysis and artificial intelligence. Then what information engineering really means was discussed and the possibilities for the future of this field was prospected finally.     

基于多通道融合和极线约束的道路检测与定位

计算机双目视觉道路检测及定位在实现无人运动平台自主导航中具有重要意义.根据双目摄像机系统模型,提出基于多通道阈值融合的车道线检测方法,融合车道线边缘和色彩信息进行图像阈值分割,采用透视变换和自适应动态滑窗法提取车道线像素,采用最小二乘法拟合道路模型并依据极线约束关系进行定位,投影至SLAM地图中.实验结果表明,算法在光照变化、阴影遮挡等场景中均能精确检测车道线,将车道线信息投影至三维地图可以有效地将车道信息与地图信息进行融合,提高了道路感知能力.      

ArUco-SLAM:基于ArUco二维码阵列的单目实时建图定位系统

高精度自动建图算法是ArUco二维码阵列定位系统应用的前提和核心,现有在线建图算法累计误差大且易受误检测影响,而人工标定和离线建图的方式则效率低、耗时长. 为解决上述问题,本文提出了一种ArUco-SLAM单目实时建图定位算法,其采用前后端并行建图、联合优化的框架,前端以坐标系变换封闭原理对地图进行快速更新和局部修正;后端以非线性优化算法最小化二维码顶点总体重投影误差,实现对关键帧序列囊括地图的全局优化;最终,基于联合优化算法实现对前后端地图的匹配,消除前端地图的累计误差. 设计实验对所提算法进行了验证,实验结果证明其相比现有建图系统有着累计误差小和建图效率高的优点,具有建立大规模二维码阵列厘米级精度地图的能力.