基于几何约束的室内动态环境视觉SLAM

同时定位与地图创建（Simultaneous Localization and Mapping,SLAM）作为自主移动机器人的基本功能,近年来已成为机器人领域的研究热点。然而现有视觉SLAM算法大多将外部场景作为静态假设,忽略了环境中运动物体对SLAM系统精度的影响,影响SLAM系统在实际环境中的应用。鉴于此,提出一种适用于动态场景的鲁棒视觉SLAM算法,以ORB-SLAM2框架RGB-D模式为基础,在前端添加一种基于几何约束的动态检测方法。首先对场景中的动态特征点利用一种几何约束方法进行粗滤除,然后将剩余的特征点作为改进随机抽样一致算法（Random Sample Consensus,RANSAC）的样本点估算稳定的基本矩阵,使用极线几何滤除场景中真正的动态特征点。最后对改进系统在TUM数据集上进行测试,结果表明改进系统可以有效提高ORB-SLAM2系统在高动态场景中的性能。     

面向动态环境的视觉惯性SLAM算法

针对传统的同时定位与建图(SLAM)算法在动态环境中会降低自身运动估计的精确性以及系统鲁棒性的问题,提出一种适用于动态环境的视觉惯性SLAM算法——DVI-SLAM(dynamic visual inertial SLAM).根据对极几何约束检测并去掉动态特征,利用更加精确的静态特征进行状态估计;添加视觉信息自适应权重...     

动态环境下基于动态区域剔除的双目视觉SLAM算法

现有的同步定位与地图创建（SLAM）算法在动态环境中的定位与建图精度通常会大幅度下降,为此提出了一种基于动态区域剔除的双目视觉SLAM算法．首先,基于立体视觉几何约束方法判别场景中动态的稀疏特征点,接下来根据场景深度和颜色信息进行场景区域分割;然后利用动态点与场景分割结果标记出场景中的动态区域,进而剔除现有双目ORB-SLAM算法中动态区域内的特征点,消除场景中的动态目标对SLAM精度的影响;最后进行实验验证,本文算法在KITTI数据集上的动态区域分割查全率达到92.31%．在室外动态环境下,视觉导盲仪测试中动态区域分割查全率达到93.62%,较改进前的双目ORB-SLAM算法的直线行走定位精度提高82.75%,环境建图效果也明显改善,算法的平均处理速度达到4.6帧/秒．实验结果表明本文算法能够显著提高双目视觉SLAM算法在动态场景中的定位与建图精度,且能够满足视觉导盲的实时性要求．     

动态场景下基于图像掩模技术的双目SLAM算法

视觉SLAM技术在动态场景中存在定位漂移和创建地图扭曲的情况,本研究提出一种基于图像掩模技术的双目SLAM算法,运用视觉几何约束法在动态场景中得出动态特征点,将检测出的运动物体区域作为图像掩模。在ORB-SLAM算法中引入动态区域掩模分割和剔除动态区域的功能,可以保证相机的定位和构图不受动态场景中的运动物体的影响。根据动态特征点和分割结果在动态场景中用矩形框标识出动态区域掩模,剔除特征匹配中动态特征点,从而可以降低运动物体对SLAM算法精度的影响。经实验得出,改进算法较双目ORB-SLAM算法在动态场景中的定位精度提高76.1%,其动态场景构图效果改善明显,算法处理的平均速度可以达到实时视觉定位和构图的需求,平均可达4.7帧/秒。     

一种结合深度学习的运动重检测视觉SLAM算法

在现实场景中,传统视觉同步定位与建图（SLAM）算法存在静态环境假设的限制。由于运动物体的影响,传统的视觉里程计存在大量误匹配,从而影响整个SLAM算法的运行精度,导致系统无法在现实场景中稳定运行。基于深度学习和多视图几何,提出一种面向室内动态环境的视觉SLAM算法。采用目标检测网络对动态物体进行预检测确定潜在运动对象,根据预检测结果,利用多视图几何完成运动物体重检测,确认实际产生运动的物体并将场景中的对象划分为动态和静态两种状态。基于跟踪线程和局部建图线程,提出一种语义数据关联方法和关键帧选取策略,以减少运动物体对算法精度的影响,提高系统的稳定性。在TUM公开数据集上的实验结果表明,在动态场景下,相较于ORB-SLAM2算法,该算法平均均方根误差降低了40%,与同样具有运动剔除的DynaSLAM算法相比,算法实时性提高10倍以上,且运行速度与精度均明显提高。     

动态环境下基于深度学习的语义SLAM算法

针对应用场景中存在的运动物体会降低视觉同步定位与地图构建（SLAM）系统的定位精度和鲁棒性的问题,提出一种基于语义信息的动态环境下的视觉SLAM算法。首先,将传统视觉SLAM前端与YOLOv4目标检测算法相结合,在对输入图像进行ORB特征提取的同时,对该图像进行语义分割;然后,判断目标类型以获得动态目标在图像中的区域,剔除分布在动态物体上的特征点;最后,使用处理后的特征点与相邻帧进行帧间匹配来求解相机位姿。实验采用TUM数据集进行测试,测试结果表明,所提算法相较于ORB-SLAM2在高动态环境下在位姿估计精度上提升了96.78%,同时该算法的跟踪线程处理一帧的平均耗时为0.065 5 s,相较于其他应用在动态环境下的SLAM算法耗时最短。实验结果表明,所提算法能够实现在动态环境中的实时精确定位与建图。     

基于几何-语义联合约束的动态环境视觉SLAM算法

传统视觉同步定位和地图构建（Simultaneous localization and mapping, SLAM）算法建立在静态环境假设的基础之上,当场景中出现动态物体时,会影响系统稳定性,造成位姿估计精度下降。现有方法大多基于概率统计和几何约束来减轻少量动态物体对视觉SLAM系统的影响,但是当场景中动态物体较多时,这些方法失效。针对这一问题,本文提出了一种将动态视觉SLAM算法与多目标跟踪算法相结合的方法。首先采用实例语义分割网络,结合几何约束,在有效地分离静态特征点和动态特征点的同时,进一步实现多目标跟踪,改善跟踪结果,并能够获得运动物体的轨迹和速度矢量信息,从而能够更好地为机器人自主导航提供决策信息。在KITTI数据集上的实验表明,该算法在动态场景中相较ORB-SLAM2算法精度提高了28%。     

动态场景下基于语义分割的视觉SLAM方法

针对在动态场景下视觉同步定位与建图（SLAM）鲁棒性差、定位与建图精度易受动态物体干扰的问题,设计一种基于改进DeepLabv3plus与多视图几何的语义视觉SLAM算法。以语义分割网络DeepLabv3plus为基础,采用轻量级卷积网络MobileNetV2进行特征提取,并使用深度可分离卷积代替空洞空间金字塔池化模块中的标准卷积,同时引入注意力机制,提出改进的语义分割网络DeepLabv3plus。将改进后的语义分割网络DeepLabv3plus与多视图几何结合,提出动态点检测方法,以提高视觉SLAM在动态场景下的鲁棒性。在此基础上,构建包含语义信息和几何信息的三维语义静态地图。在TUM数据集上的实验结果表明,与ORB-SLAM2相比,该算法在高动态序列下的绝对轨迹误差的均方根误差值和标准差（SD）值最高分别提升98%和97%。     

动态环境下基于改进几何与运动约束的机器人RGB-D SLAM算法

室内移动机器人使用传统视觉SLAM算法在动态场景下进行位姿估计时精度低、鲁棒性差,其主要原因是错误地将运动的特征点加入了相机位姿计算.为了解决这一问题,本文将特征点分为静态特征点、状态未知点、可疑静态特征点、动态特征点和错误匹配点.其中,静态特征点使用严格的几何约束进行筛选,并将状态未知点使用多帧的观测信息区分为可疑静态特征点、动态特征点以及错误匹配点,并进行卡尔曼滤波.最后,将静态特征点、可疑静态特征点和动态特征点一起加入位姿优化.利用TUM数据集,在室内存在运动物体的场景下进行实验.结果表明,所提出的算法在动态场景下的综合性能(包括精度、鲁棒性、运行速度)要优于其他动态场景下的SLAM算法.     

基于动态区域剔除的RGB-D视觉SLAM算法

针对动态场景下视觉SLAM(simultaneous localization and mapping)算法易受运动特征点影响,从而导致位姿估计准确度低、鲁棒性差的问题,提出了一种基于动态区域剔除的RGB-D视觉SLAM算法。首先借助语义信息,识别出属于移动对象的特征点,并借助相机的深度信息利用多视图几何检测特征点在此时是否保持静止;然后使用从静态对象提取的特征点和从可移动对象导出的静态特征点来微调相机姿态估计,以此实现系统在动态场景中准确而鲁棒的运行;最后利用TUM数据集中的动态室内场景进行了实验验证。实验表明,在室内动态环境中,所提算法能够有效提高相机的位姿估计精度,实现动态环境中的地图更新,在提升系统鲁棒性的同时也提高了地图构建的准确性。     

动态场景下基于语义和光流约束的视觉同步定位与地图构建

针对动态场景下的定位与静态语义地图构建问题,提出了一种基于语义和光流约束的动态环境下的同步定位与地图构建（SLAM）算法,以降低动态物体对定位与建图的影响。首先,对于输入的每一帧,通过语义分割获得图像中物体的掩模,再通过几何方法过滤不符合极线约束的特征点;接着,结合物体掩模与光流计算出每个物体的动态概率,根据动态概率过滤特征点以得到静态特征点,再利用静态特征点进行后续的相机位姿估计;然后,基于RGB-D图片和物体动态概率建立静态点云,并结合语义分割建立语义八叉树地图。最后,基于静态点云与语义分割创建稀疏语义地图。公共TUM数据集上的测试结果表明,高动态场景下,所提算法与ORB-SLAM2相比,在绝对轨迹误差和相对位姿误差上能取得95%以上的性能提升,与DS-SLAM、DynaSLAM相比分别减小了41%和11%的绝对轨迹误差,验证了该算法在高动态场景中具有较好的定位精度和鲁棒性。地图构建的实验结果表明,所提算法创建了静态语义地图,与点云地图相比,稀疏语义地图的存储空间需求量降低了99%。     

YOLOv4-tiny-based robust RGB-D SLAM approach with point and surface feature fusion in complex indoor environments

Algorithm frameworks based on feature point matching are mature and widely used in simultaneous localization and mapping (SLAM). However, in the complex and changeable indoor environment, feature point matching-based SLAM currently has two major problems, namely, decreased accuracy of pose estimation due to the interference caused by dynamic objects to the SLAM system and tracking loss caused by the lack of feature points in weak texture scenes. To address these problems, herein, we present a robust and real-time RGB-D SLAM algorithm that is based on ORBSLAM3. For interference caused by indoor moving objects, we add the improved lightweight object detection network YOLOv4-tiny to detect dynamic regions, and the dynamic features in the dynamic area are then eliminated in the algorithm tracking stage. In the case of indoor weak texture scenes, while extracting point features the system extracts surface features at the same time. The framework fuses point and surface features to track camera pose. Experiments on the public TUM RGB-D data sets show that compared with the ORB-SLAM3 algorithm in highly dynamic scenes, the root mean square error (RMSE) of the absolute path error of the proposed algorithm improved by an average of 94.08%. Camera pose is tracked without loss over time. The algorithm takes an average of 34 ms to track each frame of the picture just with a CPU, which is suitably real-time and practical. The proposed algorithm is compared with other similar algorithms, and it exhibits excellent real-time performance and accuracy. We also used a Kinect camera to evaluate our algorithm in complex indoor environment, and also showed high robustness and real-time. To sum up, our algorithm can not only deal with the interference caused by dynamic objects to the system but also stably run in the open indoor weak texture scene.     

动态环境下基于增强分割的RGB-D SLAM方法

目前视觉SLAM（同步定位与地图创建）方法在动态环境下易出现漏剔除动态物体的问题,影响相机位姿估计精度以及地图的可用性。为此,本文提出一种基于增强分割的RGB-D SLAM方法。首先结合实例分割网络与深度图像聚类的结果,判断当前帧是否出现漏分割现象,若出现则根据多帧信息对分割结果进行修补,同时,提取当前帧的Shi-To...     

基于深度学习和边缘检测的动态场景下鲁棒SLAM

机器人在执行同时定位与地图创建(simultaneous localization and mapping,SLAM)的复杂任务时,容易受到移动物体的干扰,导致定位精度下降、地图可读性较差、系统鲁棒性不足,为此提出一种基于深度学习和边缘检测的SLAM算法。首先,利用YOLOv4目标检测算法获取场景中的语义信息,得到初步的语义动静态区域,同时提取ORB特征点并计算光流场,筛选动态特征点,通过语义关联进一步得到动态物体,利用canny算子计算动态物体的轮廓边缘,利用动态物体以外的静态特征点进行相机位姿估计,筛选关键帧,进行点云叠加,利用剔除动态物体的点云信息构建静态环境地图。本文算法在公开数据集上与ORB_SLAM2进行对比,定位精度提升90%以上,地图可读性明显增强,实验结果表明本文算法可以有效降低移动物体对定位与建图的影响,显著提升算法稳健性。     

基于动态耦合与空间数据关联的RGB-D SLAM算法

为了解决动态环境下视觉SLAM（同步定位与地图创建）算法定位与建图精度下降的问题,提出了一种基于动态耦合与空间数据关联的RGB-D SLAM算法。首先,使用语义网络获得预处理的语义分割图像,并利用边缘检测算法和相邻语义判定获得完整的语义动态物体;其次,利用稠密直接法模块实现对相机姿态的初始估计,这里动态耦合分数值的计算在利用了传统的动态区域剔除之外,还使用了空间平面一致性判据和深度信息筛选;然后,结合空间数据关联算法和相机位姿实时更新地图点集,并利用最小化重投影误差和闭环优化线程完成对相机位姿的优化;最后,使用相机位姿和地图点集构建八叉树稠密地图,实现从平面到空间的动态区域剔除,完成静态地图在动态环境下的构建。根据高动态环境下TUM数据集测试结果,本文算法定位误差相比于ORB-SLAM算法减小了约90%,有效提高了RGB-D SLAM算法的定位精度和相机位姿估计精度。     

激光雷达惯导耦合的里程计与建图方法

针对现有的激光里程计方法在室外动态道路场景中存在里程计精度较低、鲁棒性不足的问题,提出一种3D激光雷达和MEMS惯导耦合的里程计与建图方案.在不同的线程上依次执行数据预处理、顾及动态障碍物的特征提取、激光里程计和激光建图模块.利用KITTI数据和实测数据,对改进方案与目前流行的LOAM、Lego-LOAM方案进行定性和定量的激光里程计精度评定.测试结果表明,改进方案在满足系统实时性的要求下,激光里程计精度优于LOAM方案,与Lego-LOAM方案性能相当.     

基于动态分簇的移动目标追踪方法

针对无线传感器网络（WSN）中目标追踪的准确性低、网络能耗过高和网络生命周期短等问题,提出基于动态分簇的移动目标追踪技术。首先,构建了双层环状动态分簇的拓扑模型（TRDC）,并提出了动态分簇的更新算法;其次,在质心定位算法基础上,考虑到节点的能量,提出了基于功率级别的质心定位（CLPL）算法;最后,为了进一步减小网络的能耗,改进CLPL算法,提出了随机性定位算法。在仿真实验中,与静态簇相比,网络周期延长了22.73%;与非环状簇相比,丢失率降低了40.79%;而追踪准确性与基于接受信号强度值（RSSI）算法相差不大。所提的追踪技术能够有效保证追踪准确度,同时降低网络能耗,减小目标丢失率。