基于点线特征的视觉同时定位与地图构建综述

同时定位与地图构建(simultaneous localization and mapping, SLAM)作为计算机视觉中的热门方向,在无人驾驶、移动机器人等领域中发挥着重要的作用。由于线特征在低纹理环境下的优势,越来越多的研究人员利用点线特征融合的方法提高SLAM系统的精度和鲁棒性。文中首先简要阐述了传统的点特征SLAM系统在低纹理环境下的局限性,并对现有的视觉SLAM综述文献进行了总结;随后,对经典的点线SLAM方案进行了介绍,并总结了点线特征融合在前端、后端、闭环检测中的研究进展;最后,对点线SLAM未来的发展方向进行了展望。     

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。     

基于改进ORB特征匹配的单目视觉—惯性SLAM算法

针对VINS-Mono算法在弱纹理环境下运行不稳定、累积误差大等问题，提出了改进ORB特征匹配筛选的单目视觉—惯性SLAM算法。测量数据预处理环节采用了ORB特征提取，在特征点匹配时，使用双向匹配过滤和最小匹配点距离倍数判别剔除误匹配，最后利用随机采样一致性算法完成特征匹配。实验结果表明，与原算法相比，改进VINS-Mono算法的精度较高。     

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。     

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。     

基于动态语义特征的视觉SLAM系统

针对视觉SLAM(Simultaneous Localization and Mapping)在真实场景下出现动态物体(如行人,车辆、动物)等影响算法定位和建图精确性的问题,基于ORB-SLAM3(Oriented FAST and Rotated BRIEF-Simultaneous Localization and Mapping 3)提出了YOLOv3-ORB-SLAM3算法。该算法在ORB-SLAM3的基础上增加了语义线程,采用动态和静态场景特征提取双线程机制：语义线程使用YOLOv3对场景中动态物体进行语义识别目标检测,同时对提取的动态区域特征点进行离群点剔除;跟踪线程通过ORB特征提取场景区域特征,结合语义信息获得静态场景特征送入后端,从而消除动态场景对系统的干扰,提升视觉SLAM算法定位精度。利用TUM(Technical University of Munich)数据集验证,结果表明YOLOv3-ORB-SLAM3算法在单目模式下动态序列相比ORB-SLAM3算法ATE(Average Treatment Effect)指标下降30%左右,RGB-D(Red, Gree...     

强照度鲁棒的SLAM算法

ORB-SLAM算法通过ORB(oriented FAST and rotated BRIEF)描述子匹配特征点,其光照强度鲁棒性不足,难以在光照条件较差时应用。对此,利用HSV空间中色调(Hue)光照强度鲁棒性较强的特点,提出通过高斯混合模型于前端匹配时将色调加入ORB特征匹配的方法,以解决特征匹配时光照强度鲁棒性不足的问题。通过光束平差法(bundle adjustment)进行位姿优化后,基于贝叶斯滤波模型,根据当前场景构建视觉字典以完成回环检测,提高SLAM算法精度。实验结果表明,相比ORB-SLAM算法,在保证实时性不变的情况下,本文算法精度与光照强度鲁棒性有明显提升。     

一种改进的地下车库弱纹理下智能汽车即时定位与建图算法

地下车库中纯视觉的即时定位与建图(simultaneous localization and mapping, 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,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、惯性测量单元(inertial measurement unit, 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。     

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。     

基于单目视觉和轮式编码器的室内移动机器人松耦合定位方法

本文提出一种以ORB-SLAM2为基本框架、使用编码器信息辅助单目视觉信息的室内移动机器人定位方法。针对单目视觉同步定位与地图构建(SLAM)呈现的尺度模糊、尺度漂移等问题,融入轮式编码器信息以恢复其绝对运动尺度;针对移动机器人定位过程中的z轴漂移问题,构建平面运动模型约束以减少z轴上的累积误差。多种真实环境下的实验结果表明,与原始ORB-SLAM2算法相比,本文算法的绝对轨迹精度及z轴轨迹精度得到明显改善。