基于三位置超声波检测的改进强跟踪 UKF-SLAM 方法研究

针对移动机器人使用超声波传感器检测环境时存在干扰与数据不确定性问题,在分析超声波传感器工作原理和相邻位置检测数据的关联特性后,提出了基于三位置超声波检测的环境轮廓构建方法,利用超声波对室内环境进行建图;再使用改进强跟踪UKF-SLAM将超声波测量数据和移动机器人驱动模型进行滤波融合,得到更准确的位姿信息与地图特征。搭建仿真环境,并通过搭载有超声波传感器的全向轮移动机器人在实验环境内验证。仿真结果表明改进方法与其他算法相比,定位和地图构建的误差降低58.058%。室内实验中,获取环境特征的平均误差降低了50.286 3%,进一步验证了提出算法的可行性与有效性。该方法对机器人同步定位与地图构建有一定参考价值。     

Point-to-hyperplane ICP: fusing different metric measurements for pose estimation

The objective of this article is to provide a generalized framework of a novel method that investigates the problem of combining and fusing different types of measurements for pose estimation. The proposed method allows to jointly minimize the different metric errors as a single measurement vector in n-dimensions without requiring a scaling factor to tune their importance. This paper is an extended version of previous works that introduced the Point-to-hyperplane Iterative Closest Point (ICP) approach. In this approach, an increased convergence domain and a faster alignment were demonstrated by considering a four-dimensional measurement vector (3D Euclidean points + Intensity). The method has the advantages of the classic point-to-plane ICP method, but extends this to higher dimensions. For demonstration purposes, this paper will focus on a RGB-D sensor that provides colour and depth measurements simultaneously and an optimal error in higher dimensions will be minimized from this. Results on both, simulated and real environments will be provided and the performance of the proposed method will be carried on real-time visual SLAM.     

SLAM法在分析反跑道子母弹毁伤概率中的应用

根据军用机场跑道构造特点,在子弹药探测到机场跑道的前提下,利用反跑道子母弹的面布撒优势,结合最佳瞄准点的选择,分析统计线性化伴随法（SLAM）在子弹攻击跑道命中概率中的具体应用。结合子弹探测概率及影响子弹药撒布要素,得出子弹对机场跑道的射击概率。SLAM法较传统分析方法可大幅提高工作效率,在反跑道子母弹总体设计和效能分析中具有一定的应用价值。     

基于噪声缩放的自适应UKF-SLAM算法

针对扩展卡尔曼滤波(EKF)算法在移动机器人同时定位和环境建模(SLAM)中的缺点,即非线性系统简单线性化所导致的系统状态方程的不准确性、雅克比矩阵的计算所导致的计算复杂化以及噪声模型不确定性所导致的滤波稳定性降低等问题,提出一种对噪声自适应的UKF-SLAM算法。该算法通过对噪声缩放进而改变噪声模型,利用观测残差序列准确估计观测噪声模型协方差,运用预测的新息协方差和IAE开窗法求其系统状态噪声缩放因子,从而准确估计系统状态噪声模型协方差,实现对不确定的噪声模型能够自适应UKF-SLAM算法。UKF的Sigma点采样策略是比例对称采样。实验结果证明,该方法相对EKF算法和UKF算法具有较高的定位精度和自适应能力。     

一种融合多帧ICP和图优化的算法研究

当前基于迭代最近点拼接的同时定位与建图算法,存在误差积累、无法满足大范围定位精度的缺陷。为此,提出一种融合多帧迭代最近点和图优化的算法。在时域上处理点云拼接问题,将单帧迭代最近点算法推广到多帧进行最近点迭代,提取同一地点在不同时刻的数据特征,形成多个封闭循环,再运用基于最小二乘的图优化方法对点云拼接后的全网数据进行全局优化,消除累计误差,提升整体的定位精度。采用鲁巷和密歇根的数据进行测试,结果表明,该方法在一定程度上减少了匹配误差,平均误差为1.0m,最小误差为0.2m,可以满足大范围同步定位与建图的精度需求。     

移动机器人SLAM 改进算法的分析与实现

为解决移动机器人扩展卡尔曼滤波(EKF-SLAM)算法计算复杂、精确度不高及易受干扰的缺点,提出一 种基于最优平滑滤波理论的改进同步定位与地图构建(simultaneous localization and mapping,SLAM)算法。详细介绍 算法的改进过程,通过Matlab 软件对其位置轨迹跟踪误差及标准差进行仿真分析,基于机器人操作系统(robot operating system,ROS)系统的实验平台,在室内走廊进行SLAM 实验以测试改进算法的效果。结果表明,改进的 SLAM 算法精度高、抗干扰能力强,能实现移动机器人的即时定位与地图构建。基于ROS 系统的软件平台能简化开 发难度,提升移动机器人的智能化。     

面向大型室内场景的无人机三维激光雷达解耦SLAM方法

大型室内场景通常在高程方向结构较为相似,导致激光雷达扫描点云在高程方向特征退化,传统激光雷达SLAM的无人机定位方法易发生高程特征误匹配。针对于此,提出了一种基于惯性/高度传感器信息辅助的机载三维激光雷达解耦SLAM算法：将高度传感器、惯性姿态引入点云初始化过程,提高初始位姿匹配精度;将基于多元正态分布的点云配准算法在水平、高度通道解耦,约束点云配准方向,提高高程退化环境下的定位精度;同时使得传统SLAM六维位姿解算降为三维,降低了计算量。通过Gazebo构建船舱仿真场景,对提出的方法进行验证,结果表明本文方法可以提高在高程特征退化下的激光雷达SLAM定位精度,比传统算法提升40%以上,并有效提高了计算效率。     

基于双目强约束的直接稀疏视觉里程计

为了提高双目直接稀疏里程计(Stereo Direct Sparse Odometry, Stereo DSO)的定位速度和精度, 使得移动机器人可以更有效地执行任务, 提出了一种基于双目强约束的直接稀疏视觉里程计系统。基于直接法的即时定位与地图构建(Simultaneous Localization and Mapping, SLAM)系统直接对图像像素构建光度误差优化函数, 无需提取特征点, 克服了基于特征点法的SLAM系统在弱纹理场景下不鲁棒的缺陷, 并且在前端跟踪阶段效率更高。提出一种快速、准确的双目初始化方法, 结合三角化不确定性为不同类型的点赋予不同的深度范围, 加速深度滤波器的收敛。同时, 在运动估计阶段引入双目约束, 使得该系统在绝对尺度上的定位更加准确。通过在公开的KITTI数据集11个序列上进行实验, 实验结果表明所提出的算法在定位精度上明显优于同样采用直接法的Stereo Large Scale Direct SLAM(LSD-SLAM2)和Stereo DSO, 并达到与基于特征点法的ORB-SLAM3相近的水平, 为直接法SLAM提供一种更优的定位方案。     

Semi-Direct Visual Odometry and Mapping System with RGB-D Camera

In this paper a semi-direct visual odometry and mapping system is proposed with a RGB-D camera, which combines the merits of both feature based and direct based methods. The presented system directly estimates the camera motion of two consecutive RGB-D frames by minimizing the photometric error. To permit outliers and noise, a robust sensor model built upon the t-distribution and an error function mixing depth and photometric errors are used to enhance the accuracy and robustness. Local graph optimization based on key frames is used to reduce the accumulative error and refine the local map. The loop closure detection method, which combines the appearance similarity method and spatial location constraints method, increases the speed of detection. Experimental results demonstrate that the proposed approach achieves higher accuracy on the motion estimation and environment reconstruction compared to the other state-of-the-art methods. Moreover, the proposed approach works in real-time on a laptop without a GPU, which makes it attractive for robots equipped with limited computational resources.     

一种非迭代的位姿估计方法

针对深度相机运动中的位姿估计问题,提出了一种无需迭代的估计方法。首先,在二维图像上应用图像特征点提取和描述方法,完成不同视点的初始匹配。其次,选择初始匹配度量距离最小的2个特征点作为种子点。以三维空间中欧式距离与坐标系的建立无关为准则,对初始匹配进行筛选。剔除误匹配点对,进而计算运动位姿参数。最后,采用nyuv2图像数据库进行实验,验证了本文算法的可行性和正确性。实验结果表明:与传统算法相比,该方法计算效率平均提高了8倍以上,特别适用于大型场景中的同步定位和地图构建SLAM(Simultaneous Localization and Mapping)问题。