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.     

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.     

一种基于光度信息和ORB特征的建图SLAM

针对同步定位与建图(Simultaneous Localization and Mapping,SLAM)系统经常因为相机抖动及场景结构单一等问题而导致跟踪失败的情况,以及重建三维地图的任务,提出了一种混合SLAM方法(R-ORB SLAM).该方法采用一种基于光度误差的位姿粗略估计作为特征视觉里程计的先验,在ORB-...     

动态环境下基于深度学习的视觉SLAM研究

由于传统的同步定位与建图(simultaneous localization and mapping, SLAM)中有很强的静态刚性假设，故系统定位精度和鲁棒性容易受到环境中动态对象的干扰。针对这种现象，提出一种在室内动态环境下基于深度学习的视觉SLAM算法。基于ORB-SLAM2进行改进，在SLAM前端加入多视角几何，并与YOLOv5s目标检测算法进行融合，最后对处理后的静态特征点进行帧间匹配。实验使用TUM数据集进行测试，结果显示：SLAM算法结合多视角几何、目标检测后，系统的绝对位姿估计精度在高动态环境中相较于ORB-SLAM2有明显提高。与其他SLAM算法的定位精度相比，改进算法仍有不同程度的改善。     

一种改进的面向SLAM系统的相机位姿估计方法

相机位姿估计是SLAM系统的关键环节,影响着整个SLAM系统的精度和效率.针对SLAM中相机位姿估计存在的问题,提出了一种改进的相机位姿估计方法.该方法的主要思路是将特征点法和直接法结合起来,以此来提升特征点数量不足时相机位姿估计的精度和鲁棒性.首先,提出了一个将相机运动模型和图像划分相结合的特征匹配算法,该算法在保证匹配速度的同时,提高了特征匹配的精度与数量.其次,在特征点的基础上,通过引入光度信息,提出了表观形状加权融合的相机位姿估计方法,该方法在缺乏特征点时依然可以稳定工作.最后,基于优选的关键帧,实现了局部与全局融合的相机位姿优化,其中局部优化通过构建局部关键帧共视关系实现;全局优化通过基于闭环检测构建的位姿图来实现.为验证上述位姿优化方法的性能,构建了基于该方法的SLAM系统,并在当前流行的场景图像数据集上进行了重建实验,重建结果验证了本文方法的有效性.     

一种智能空间辅助的家庭服务机器人SLAM方法

在单机器人SLAM过程中,定位误差和建图误差随机器人运动距离增大而增大。为了有效降低SLAM误差,本文提出了一种智能空间辅助的家庭服务机器人SLAM方法。基于Rao-Blackwellized粒子滤波思想,机器人定位和建图问题被分解为两个独立环节,首先,联合机器人控制量和智能空间摄像机网络的观测值估计机器人位姿,给出了位姿粒子的采样提议分布和权值更新公式;然后,机器人利用自身位姿及对目标的观测来构建环境地图。仿真实验表明本方法有效提高了机器人的定位精度,进而得到了更加精确的环境地图。     

基于PageRank的SLAM后端优化研究

针对室内复杂非机构化环境建图及定位效率低的问题,提出了一种基于PageRank的同时定位与地图构建(SLAM)方法.在室内复杂非结构化环境中,SLAM前端建立的位姿图中包含大量待优化节点,根据SLAM后端的稀疏矩阵,利用PageRank算法对位姿图中节点进行筛选和排序,将低于设定阈值的节点在位姿图中剔除,保留与其他节点有高关联性的节点,减少位姿图中的节点,同时保留SLAM后端的稀疏特性,有效提高SLAM后端优化效率.在RGB-D标准数据集上进行实验验证,实验结果表明:在室内环境下,该SLAM后端优化算法缩短了优化时间,提高了实时性,且误差变化在可接受的范围内,为SLAM后端优化低效率问题提供了解决方案.     

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。     

室内剔除行人特征点的视觉SLAM算法

针对视觉SLAM系统在室内场景下易受行人干扰,导致定位精度和稳定性下降的问题,提出了一种室内剔除行人特征点的视觉SLAM算法,该算法在传统的ORB＿SLAM2算法中集成了一个新的动态目标检测线程,此线程使用YOLOV5s目标检测算法识别并剔除行人动态信息。首先,系统对YOLOV5s引入坐标注意力机制,提取图像中与目标相关的特征;其次,将彩色图像同时输入到ORB＿SLAM2算法和动态目标检测线程中,ORB＿SLAM2算法实时估计相机位姿,动态目标检测线程识别和剔除行人动态目标,从而减少其对ORB＿SLAM2算法的干扰;最后,将2个线程的输出融合至静态地图构建线程,生成无行人干扰的地图构建结果。针对文中算法,在不同数据集下开展试验验证。结果表明：相对于ORB＿SLAM2算法,改进算法在TUM的高动态数据集中绝对轨迹精度提高了96.51%,相对轨迹精度提高了96.57%,相对轨迹误差的旋转精度提高了96.47%。室内剔除行人特征点的视觉SLAM算法充分过滤了行人特征点,提高了SLAM系统的精度,为室内导航、建图等领域提供了一种新的解决方案。     

一种点线特征融合的双目同时定位与地图构建方法

基于特征点的视觉同时定位与构图方法依赖于图像质量以及可提取的特征点数量,且稀疏的特征点不能直观表达环境的结构信息。为此,提出一种将图像的点特征和线段特征融合的双目同时定位与构图方法。算法前端提取图像的点特征和线段特征,进行特征跟踪并完成相机位姿求解,从跟踪线程中分离出特征提取线程,进一步提升了前端线程的帧率。后端采用集束调整对局部地图进行优化,利用基于词袋模型的闭环检测以抑制系统的累积误差。最后结合点线特征共同构建环境地图。在公开数据集上进行了实验,与当前主流算法相比,提出的算法在保证定位精度的同时能够获得更丰富的环境地图,具备较好的鲁棒性与实时性。     

Simultaneous Localization and Mapping Technology Based on Project Tango

Aiming at the problem of system error and noise in simultaneous localization and mapping(SLAM) technology, we propose a calibration model based on Project Tango device and a loop closure detection algorithm based on visual vocabulary with memory management. The graph optimization is also combined to achieve a running application. First, the color image and depth information of the environment are collected to establish the calibration model of system error and noise. Second, with constraint condition provided by loop closure detection algorithm, speed up robust feature is calculated and matched. Finally, the motion pose model is solved, and the optimal scene model is determined by graph optimization method. This method is compared with Open Constructor for reconstruction on several experimental scenarios. The results show the number of model's points and faces are larger than Open Constructor's, and the scanning time is less than Open Constructor's. The experimental results show the feasibility and efficiency of the proposed algorithm.     

一种改进的地下车库弱纹理下智能汽车SLAM算法

地下车库中纯视觉的SLAM方法无法克服光线不足和弱特征纹理两大不利因素,为此论文提出一种基于VINS-Mono框架下改进的视觉惯导融合算法,把原算法中提取Harris角点的方法改进为提取灰度值陡变的像素点,并使用非线性优化方法在初始化阶段进行视觉位姿估计。后端采用滑动窗口的形式建立先验估计残差、IMU残差以及基于灰度值不变原理构建的视觉残差的联合残差模型,进一步提升了系统底层变量的优化效果从而提高算法的定位准确度。通过基于EuRoc数据集的仿真实验和地下车库实际场景的实车实验,验证了所提算法的鲁棒性和精确性。     

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。     

空间机器人自主视觉伺服控制策略

针对传统的空间机器人遥操作控制方法受时延影响严重的问题,基于最新研制的4自由度空间机器人,提出一种基于多目相机的自主复合控制策略.该策略包含了眼在手和眼到手2种相机配置结构,每个相机均具有独立的位姿计算能力,前者保证了伺服控制的精度以及操作的灵活性,后者能够在观察到全局视景的情况下做出伺服控制.为满足机器人视觉实时控制的需求,对视觉处理算法进行了特别考虑.首先,设计了基于多边形形状拟合的特征识别方法,提出曲线矢量数据贪婪算法来处理图像遍历拟合过程中计算密集的问题;其次,结合特征识别结果和模型目标的空间信息,提出基于弱透视模型的单目位姿估算及优化算法;最后,依据所提策略在实验室环境中完成了自主导航及捕获任务,验证了在较低层次进行这种复合控制的可行性和有效性.     

柑橘果园机器人仿生眼的目标跟踪与定位系统

针对传统柑橘园林机器人云台视野范围小、定位精度低等问题,在仿生眼平台上,提出一种基于连续自适应均值偏移(CAM shift)算法和变结构PID控制器相结合的目标跟踪方法。具体包括效仿人类眼颈的结构特点,设计一个4自由度的仿生眼视觉平台;建立仿生眼的成像模型,提出一种相机外参数自适应标定方法,以解决仿生眼平台外参数会随着相机位姿改变而不断变化的问题;提出基于CAM shift的仿生眼目标跟踪算法,成功实现了对于目标的持续跟踪;为提高仿生眼系统在饱和非线性特性下的动态响应性能,提出采用基于抗饱和(Anti-windup)的变结构自适应PID控制器来设计仿生眼控制系统。以柑橘为研究对象,在设计的仿生眼平台上开展试验。结果表明,本文方法左眼平均中心位置像素误差(CPE)为7.2,右眼CPE6.1,均小于设计所要求的CPE10,且每帧图像处理过程小于0.1s。系统能满足实际应用,具有较高的鲁棒性和准确性。     

单目视觉SLAM车载摄像机快速位姿估计及景物重构

针对单目视觉同时定位与地图构建(simultaneous localization and mapping, SLAM)应用,提出一种快速车载摄像机位姿估计及景物结构3D重构算法。在无具体标定物的情况下,利用移动机器人二自由度运动导致摄像机采集视图中对应极点的特殊性质,标定出真实摄像机与虚拟摄像机间的相对姿态,并利用主动视觉方法进一步标定出移动机器人坐标系与虚拟摄像机坐标系间的相对位移;构造无穷单应变换,将真实视图中通过SIFT算法得到的假设欧氏匹配点集转换为对应虚拟摄像机的虚拟假设欧氏匹配点集,并利用基于RANSAC的归一化三点算法快速地对本质矩阵进行估计和分解;利用已观测到的路标三维信息,递归地剔除本质矩阵分解出的平移量的尺度不确定性,并利用线性三角形法重构出景物结构。实验结果表明:该算法在保证运算精度的同时,具有更快的运算速度。     

一种基于TF-IDF和ORB的改进闭环检测算法研究

针对视觉SLAM闭环检测过程中由于感知歧义导致的闭环不准确问题,基于TF-IDF方法提出了一种带权重的计算两幅图像相似性得分的算法,用于视觉SLAM的闭环检测研究;首先在特征点检测时,为了得到均匀分布且重叠点较少的特征点,使用FAST角点检测方法得到关键点,而后对关键点进行非极大值抑制;其次使用改进的算法计算两幅图像间带权重的相似性得分;最后根据场景图像的特征,进行闭环确认,进一步剔除错误闭环。实验通过搭建平台和使用标准数据集进行测试,证明了改进的闭环检测方法能够有效提高闭环的识别率与准确率。