基于目标检测的室内动态场景SLAM

室内动态场景下的同步定位与地图构建(simultaneous localization and mapping, SLAM)系统容易受到运动障碍物的影响，从而导致其位姿估计精度和视觉里程计的稳定性降低。本文提出一种基于YOLOv4目标检测网络的视觉SLAM算法，获取语义信息，并利用LK光流法判断动态特征，在传统的ORB-SLAM2系统上将动态特征点剔除，只使用静态特征点来估计相机的位姿；建立稠密点云地图，并转化成节约内存空间的八叉树地图。在TUM公开数据集上对该方法进行测试和评估，实验结果表明：在动态环境下，该系统与ORB-SLAM2相比，相机位姿估计精度提高83%，且减少了生成的环境地图的存储空间，为后续实现机器人导航具有重要意义。     

基于RGB-D相机的移动机器人三维SLAM

针对室内复杂环境三维建模问题,提出一种移动机器人快速三维同时定位与地图创建(SLAM)方法.利用RGB-D相机分别获取环境纹理和三维信息,通过图像特征提取与匹配,结合相机标定模型,建立三维点云对应关系,运用随机抽样一致性(RANSAC)算法作为位姿估计的策略求解基于对应点迭代最临近点的模型,有效解决机器人精确定位问题;引入keyframe-to-frame关键帧选取机制,结合立体栅格法及空间点云法向唯一特征,实现三维地图的更新与维护.室内环境下的实验结果验证了所提方法的可行性与有效性.     

一种融合点线特征的视觉里程计架构设计与定位实现

基于视觉的同时定位与地图构建（SLAM）技术是实现移动机器人自主导航的关键.当机器人处在陌生环境中时,通常会利用周围目标的点特征来估计导航相机的位姿,并利用光束法平差来估计相机位姿和特征空间位置.但如果环境中的特征信息不丰富,则无法准确估计相机轨迹,且欧式坐标与反深度信息下的光束法平差部分条件下不收敛.为此,提出了一种在缺少特征点的环境下通过收集深度相机信息,同时利用点特征与线特征融合的视觉里程计,构建了融合视差角光束法平差与基于线特征的光束法平差的策略,从而使重投影误差达到最小化.最后与其他基于特征的SLAM系统进行比较,实验结果表明,在缺少特征点的真实环境中,系统位姿估计的性能与准确度得到提升.      

基于改进ICP算法的室内环境三维地图创建研究

提出一种基于离散选取机制的改进特征点ICP算法,并设计了基于该算法的三维地图创建方法.该方法分为3个阶段,首先提取并匹配相机运动过程中采集的RGB彩色图像中的SURF特征点;然后结合RANSAC算法进行初始配准,优化特征点集初始位姿、去除误匹配,并结合基于离散选取机制的特征点ICP算法进行精确配准;最后利用g2o图优化算法结合关键帧实现对相机运动轨迹的优化,减少累计误差,并将相机采集到的点云数据根据相机当前位姿构建三维点云地图.经过在5个公开数据集环境下进行实验对比,证明本方法的可行性和有效性,在相机运动长度为15.989 m的情况下误差仅为0.059 m,且能够准确地创建实验环境的三维地图.     

基于RGB-D图像的视觉SLAM算法研究

针对主流的RGB-D SLAM系统精度较低并且仅生成稀疏点云地图的问题,提出一种改进的SLAM系统。前端采用改进的ORB特征提取算法,改进特征点簇集的问题;后端综合利用EPnP与ICP算法进行相机位姿优化,提高位姿估计精度;并增加稠密点云地图构建线程,得到场景的稠密点云地图,以用于机器人的导航与路径规划。在TUM数据集上,使用Kinect V2相机将改进的SLAM算法与ORB-SLAM2算法进行实验比对,验证了改进SLAM算法的综合性能优于ORB-SLAM2算法。     

改进位姿估计环节的ORB-SLAM稠密建图算法

为了提高ORB-SLAM2系统的位姿估计精度并解决仅能生成稀疏地图的问题,提出了一种融合ICP算法与曼哈顿世界假说的位姿估计策略并在ORB-SLAM2系统中加入稠密建图线程来实现稠密建图。首先通过ORB特征点法、LSD算法和AHC方法进行点、线、面特征的提取,其中点、线特征跟上一帧匹配,面特征在全局地图中匹配。然后采用基于surfel的稠密建图策略将图像划分为非平面与平面区域,非平面采用ICP算法计算位姿,平面则通过面与面的正交关系确定曼哈顿世界从而使用不同的位姿估计策略,其中曼哈顿世界场景通过位姿解耦实现基于曼哈顿帧观测的无漂移旋转估计,而曼哈顿世界场景下的平移以及非曼哈顿世界场景位姿采用追踪的点、线、面特征进行估计和优化;最后根据关键帧和相应位姿实现稠密建图。采用TUM数据集对所提建图方法进行验证,实验结果与ORB-SLAM2算法比较,最终均方根误差RMSE平均减少0.24cm,平均定位精度提高7.17%,验证了所提方法进行稠密建图的可行性和有效性。     

基于RGB-D图像的具有滤波处理和位姿优化的同时定位与建图

RGB-D相机能够同时获得彩色图像和深度图像,广泛用于同时定位与建图(SLAM)的研究.本研究针对RGB-D SLAM方法进行了两方面的改进:一方面,改进点云滤波方法,从而更有效地去除RGB-D相机数据中的噪声和冗余;另一方面,采用ICP算法提高相机位姿估计的精度,从而提高估计的相机运动轨迹的精度.在公开的数据集上对提出的RGB-D SLAM方法进行实验验证,结果表明,该方法能够有效提高移动机器人自主定位与建图的精度.     

动态环境下改进ICP算法的RGB-D SLAM研究

针对传统的ICP(Iterative Closest Points)算法,无法满足室内动态环境下SLAM(Simultaneous Localization and Mapping)算法的准确性要求,提出了一种融合特征点结构相似性判断的ICP改进算法;通过在特征点集中引入三角形结构约束,实现两组点集中的动态匹配点与误匹配点的剔除,进而提高ORB特征点匹配的准确性;与传统的SLAM算法相比,改进后的算法对相机位姿的估计更加准确;通过在Linux系统下的仿真实验,结合特征点三角几何约束的ICP算法能够有效解决动态对象对相机位姿估计的影响,提高RGB-D SLAM在动态场景下的定位精度。     

基于BA优化和KL散度的RGB-D SLAM系统

针对深度相机采集深度图像的噪声对位姿估计精度的影响,以及误差随时间累积的严重问题,设计了一种改进的基于RGB-D相机的视觉SLAM系统.首先,建立重投影误差模型,通过最小化重投影误差,对位姿和特征点进行非线性优化.此外,提出了一种闭环检测的算法,建立字典模型,用频率-逆文档频率计算权重,用Kullback-Leibler散度计算相似度,并使用相对相似度机制检测闭环,减少了累积误差.使用15个公开的图像序列对算法进行评价,同3个流行的RGB-D SLAM系统对比,精度平均最高提高119. 07%,最低提高4. 24%.实验结果证明,提出的方法比目前流行的RGB-D SLAM系统具有更好的精度.     

基于图优化的单目线特征SLAM算法

提出了基于图优化的单目线特征同时定位和地图构建(SLAM)的方法.首先,针对主流视觉SLAM算法因采用点作为特征而导致构建的点云地图稀疏、难以准确表达环境结构信息等缺点,采用直线作为特征来构建地图.然后,根据现有线特征的SLAM算法都是基于滤波器的SLAM框架、存在线性化及更新效率的问题,采用基于图优化的SLAM解决方案以提高定位精度及地图构建的一致性和准确性.将线特征的Plücker坐标和Cayley参数化方式相结合,一方面采用Plücker坐标便于线性投影计算,另一方面采用Cayley参数化方式有利于线特征参数的非线性优化.仿真实验结果显示:所提出算法的位姿估计误差平方和与均方根误差分别是里程计位姿估计的2.5%和10.5%,是基于EKF线特征SLAM算法估计位姿误差的22.4%和33%,重投影误差仅为45.5像素;实际图像实验中的位姿估计误差平方和为958 cm~2,均方根误差为3.9413 cm,从而证明了所提出算法的有效性和准确性.     

基于滑窗非线性优化的双目视觉SLAM算法

针对双目基于ORB特征的即时定位与地图构建(ORB-SLAM)算法位姿估计精度较低的问题,对其进行了改进,提出了一种基于滑窗非线性优化的双目视觉SLAM算法。该算法引入了滑窗思想,在状态估计过程中对最新多帧图像对应系统的状态进行了解算;重构了位姿估计过程中的代价函数,通过高斯牛顿法优化状态变量;采用边缘化策略,有效限制了待求解状态量的数目,并将其余状态量及与其相关的视觉测量转换为求解当前滑窗内状态的先验约束。通过在公开数据集上测试,验证了算法的精确性和有效性,实验结果表明:该算法能有效估计相机位姿且不发生显著漂移,与双目ORBSLAM算法相比,位姿估计精度有了显著提高。     

深度补全的无动态对象单目视觉SLAM研究

现有的单目视觉SLAM方案为了提高精度，大多都是通过增加各种传感器来实现的，这并没有将单目相机的表现发挥到极致。文章提出了一个基于ORB-SLAM3的视觉SLAM系统，旨在最大化地利用单目资源，在单目相机的基础上通过增加深度预测网络来模拟深度相机，利用CNN和ORB融合的方法进行特征点提取，并结合深度图进行特征过滤，旨在提高驾驶场景单目相机位姿预测精度，同时为避免动态对象对SLAM系统造成的干扰，文章引入了图像的实例分割网络。     

基于运动轨迹的单目相机位姿自标定方法

为了减小轨迹图像分析中的透视效应,使用提取出的运动平面目标特征点,基于相机小孔成像模型与目标特征点运动约束,构建了一种相机位姿的自标定模型来标定相机位姿.通过标定的相机位姿,可将轨迹进行重投影,实现了将轨迹图像校正为正投影图像.实验结果表明:本标定模型使用跟踪到的运动目标进行相机标定,相机位姿的标定精度优于张正友标定法.     

结合车道线检测的智能车辆位姿估计方法

基于视觉的智能车辆定位问题是自动驾驶领域研究的一大热点。在某些有效近景特征不显著的场景中,由于参与计算的特征数量不足,会导致位姿估计精度下降甚至失效。为此,本文提出一种结合车道线检测的相机位姿估计方法来提高位姿估计精度。首先,设计了一套基于自适应感兴趣区域和几何结构筛选法的车道线检测算法,精确检测到了左右车道线的内、外侧线;其次,对车道线区域内的点进行帧间匹配,得到新的匹配点对,并根据V视差图拟合出地面视差方程,求解出属于车道线匹配点对的准确视差值;最后,将这些匹配点对与ORB方法提取得到的匹配点对融合,共同参与相机的位姿计算。经实验验证,本文提出的算法提高了位姿估计结果的精度,解决了某些场景中有效特征点不足导致的位姿估计失效问题,具有良好的环境适应性。     

基于混合模型的移动机器人同时定位与环境建模

提出一种基于混合地图模型的融合声纳传感器观测信息与里程计信息的同时定位与环境建模(SLAM)方法.该方法用混合模型即栅格地图模型和直线特征地图模型表示环境地图.首先,采用三区域声纳模型以及贝叶斯法则构建栅格地图,并通过在空间和时间上融合不同时刻多个声纳传感器的信息提高地图精度.然后,引入霍夫变换提取直线特征,创建直线特征地图,并通过比较地图中直线段的方向相似性、共线性与交叠性,确定全局与局部地图是否匹配.最后,利用直线特征以及扩展卡尔曼滤波器(EKF),通过状态预测、观测预测、位姿更新3个阶段估计出机器人更新的位姿信息,校正构建的地图模型,从而实现机器人的同时定位与环境地图构建.仿真实验和真实环境实验验证了该算法的可行性与有效性.     

基于ORB特征的改进RGB-D视觉里程计算法研究

提出一种基于ORB特征算子的改进RGB-D视觉里程计算法,针对移动机器人在室内环境定位时存在的精度低、系统处理速度慢等不足,首先对视觉里程计中ORB特征提取信息,采用四叉树形式划分,使特征信息提取均匀化;改进误匹配点剔除算法,缩小抽样点总量,有效剔除误匹配,提高机器人的位姿估计精度;最后,提出一种关键帧提取与筛选策略,利用局部地图判别关键帧,加快系统运行速度,减少跟踪丢失。仿真实验表明:改进后的视觉里程计算法鲁棒性更好,定位精度明显提高。     

融合光度和深度的视觉里程计改进算法

针对视觉里程计中对纹理较少的环境难以获得高精度相机位姿的问题,提出一种融合光度和深度的视觉同步定位与绘图(SLAM)方法.首先构造基于光度和深度的相机位姿优化函数,通过t分布模型计算每个像素点的光度和深度误差权重,对每一帧图像引入帧权重系数λ来平衡光度和深度,并采用中值法求解帧权重λ,求得相机位姿.然后对10个国际标准数据集进行仿真实验,结果表明,对纹理丰富的环境,本方法能够保持DVO SLAM算法的建图精度;对纹理较少的环境,本方法的建图精度要高于DVO SLAM算法,绝对路径误差降低31.6%,相对位姿误差降低19.4%.     

基于智能空间的家庭服务机器人SLAM

提出了基于智能空间的家庭服务机器人同步定位与地图构建(SLAM)方法.利用双目立体视觉传感器提取环境特征,获取环境中物体的Harris角点,通过立体匹配算法获取角点的三维几何信息,同时获取环境中这些几何特征对应的图像特征信息,并将混合信息进行绑定,作为实时更新信息存入智能空间信息库中,构建出三维立体混合特征地图.在SLAM实现过程中,首先建立系统模型并对该模型进行重构以实现线性化;其次移动机器人与智能空间实时地进行交互,实现快速数据关联;最后利用卡尔曼滤波算法处理信息的不确定性,估计出机器人的位姿,同时保存环境特征,逐步构建出环境地图.实验表明,该方法实时性好、精确度高.     

基于RGB-D摄像机的室内三维彩色点云地图构建

创建室内环境的三维地图可以使用RGB-D摄相机获取多帧率的彩色图和深度图,结合视觉SLAM算法,完成彩信息与深度信息的结合并构建真实三维环境地图数据是常用的一种方法.通过Kinect传感器采集室内环境的RGB图和Depth图,改进了ORB算法并进行特征提取和基于FLANN搜索的图像匹配算法匹配图像特征,使用PNPRANSAC方法估计图像的运动,为抑制在点云配准过程中累积误差造成的位姿漂移采用g2o图优化,实现探索室内未知环境的三维彩色点云空间,完成周围环境地图的创建.实验结果表明,以Kinect传感器实现视觉SLAM的方法对于室内三维点云数据创建有较好的效果,具有一定的理论和实际应用价值.     

基于深度相机的ORB-SLAM2在矿井救援空间构建应用

矿井在发生安全事故时，由于井下空间条件不确定，救援人员很难到达矿井地下.为了解决这一问题，搭建可实现空间构建且能适应潮湿、粉尘等环境的小型轻量化矿井救援机器人，以获取矿井非现场物理空间信息.选择基于深度相机的ORB-SLAM2作为实时框架，框架由图像预处理、跟踪、局部建图、闭环组成.在图像预处理中，通过图像金字塔、灰度质心法实现ORB特征的旋转和尺度不变性.在跟踪线程中，通过基于参考关键帧方法、恒速关键帧方法、重定位方法进行粗糙跟踪，再通过局部地图跟踪进行精确跟踪，估计关键帧的位姿姿态.在局部线程中，进行插入和剔除冗余关键帧，通过共视图方法生成更多的地图点.在闭环线程中，检测是否存在相同信息，通过sim3相似变换进行闭环校正.使用TUM数据集对算法进行仿真测试，采用EVO测试RMSE误差在0.004～0.043 m范围内，定位精度可达到厘米级.借助矿井救援机器人试验平台，利用结构光相机的ORB-SLAM2的方法生成真实空间三维模型，对空间构建效果进行研究与应用，为矿山救援井下智能巡检装备提供方法.