一种基于三维视觉的移动机器人定位与建图方法

针对移动机器人三维视觉SLAM(同步定位与建图)中定位精度低、实时性差等问题,提出一种基于由初到精的位姿估计和双重闭环策略的SLAM方法。首先对MSER(最大稳定极值区)检测算法进行椭圆拟合化处理并提取出图像中的ROI(感兴趣区);然后从ROI中提取出稀疏像素点并使用直接法得到初始位姿变换参数;接着结合改进的基于八叉树结构的ICP(迭代最近点)对相机位姿进行精估计;再结合关键帧选择机制提出一种双重闭环检测方法为构建的位姿图添加约束;最后通过g2o图优化框架对位姿图进行优化并完成点云的拼接。通过NYU和TUM标准数据集验证了算法的实时性与有效性,室内实验结果表明,在复杂环境下也能利用该方法进行准确的位姿估计,并构建出环境的三维点云地图。     

融合特征法与直接法的RGB-D稠密视觉SLAM算法

为了保持直接法的快速性与特征法的高精度和闭环能力,提出了一种融合直接法与特征法的RGB-D同时定位与地图创建(SLAM)算法。该算法主要包含3个并行线程:跟踪线程、局部建图线程和闭环线程。在跟踪线程中对非关键帧进行跟踪,通过最小化光度图像误差来进行相机的初始位姿估计以及像素点的对应关系计算,利用最小化局部地图点重投影误差进一步优化相机位姿,实现快速准确的跟踪与定位;在局部建图线程中对关键帧进行提取并匹配ORB特征,执行局部BA(光束平差法),对局部关键帧位姿和局部地图点的位置进行优化,提高SLAM的局部一致性;在闭环线程中执行对关键帧的闭环检测和优化,从而保证SLAM全局一致性。另外,根据RGB-D图像和相机位姿信息,通过基于Octomap的建图框架,构建完整准确的3D稠密环境地图。在TUM数据集下的实验表明,所提出的方法可以得到与基于特征法相当的精度,且所需时间更少。     

激光雷达IMU紧耦合的室内大范围SLAM方法

针对激光雷达SLAM算法在室内大范围场景中建图与定位精确度低、鲁棒性差的问题，提出一种激光雷达IMU紧耦合的SLAM方法。该方法基于LeGO-LOAM算法，在点云去畸变环节引入惯性测量单元（IMU）数据，将IMU预积分的结果作为初始位姿，消除点云畸变；在点云配准环节，将IMU预积分的结果作为迭代优化时的初始位姿，提升点云配准精度，从而提高机器人位姿估计的准确性；在后端优化环节，通过构建因子图的方式引入激光里程计因子、IMU预积分因子及回环因子，得到全局最优解，进一步提升建图与定位的精度。为验证所提方法的可行性，设计不同场景下LeGO-LOAM算法与改进SLAM算法的对比实验。实验结果表明，在室内大范围场景下，改进的SLAM算法能够减少轨迹波动，提升建图效果及轨迹精度，增强算法的鲁棒性。     

TOF激光相机六自由度位姿变换估计

相对位姿估计是机器人视觉领域的研究热点。通过两帧数据来估计相机的六自由度位姿变换。充分挖掘TOF相机优势, 提出了多个有效算法, 用以保证估计精度。采用迭代最近点(ICP)算法估计位姿变换, 为了克服ICP算法迭代发散问题, 利用尺度不变特征点对估计初始值。为了提取有效特征点, 根据统计学原理尺度化灰度图像, 提高图像对比度。为了提高相机的测量精度, 根据曝光时间越长, 测量精度越高的原理, 提出了融合多帧数据算法, 使得融合后的数据帧中每个像素值均是在最长合理曝光时间下采集得到。同时提出了度量两个六自由度位姿变换差异的算法, 并首次利用其跟踪ICP迭代过程。实验证明提出的算法可以有效估计相机六自由度位姿变换。     

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。     

基于Kinect传感器的三维点云地图构建与优化

针对移动机器人在三维点云地图创建过程中存在鲁棒性和实时性不佳的问题,提出一种基于图像特征点的三维地图创建方法.首先,对Kinect采集得到的RGB数据进行特征点提取与匹配,并采用RANSAC算法对误匹配点进行剔除,在保证精度的同时,有效减少了配准算法的迭代次数,通过结合Kinect深度数据得到对应特征点对在三维空间中的位姿,最后采用ICP算法迭代求解刚体变换矩阵完成精确配准,得到室内真实场景下的三维点云地图.为抑制由三维点云配准过程中累积误差造成的位姿漂移,引入了基于TORO图优化算法的闭环检测机制,实验验证了所提方法的有效性.     

基于虚拟现实的移动机器人真实环境三维建模系统

传统的虚拟现实（VR）技术通过人为建模的方式生成室内三维地图模型，存在速度慢、模型与现实物体尺度之间存在偏差的问题。鉴于此，提出基于VR的移动机器人的真实环境三维建模系统。首先通过视觉同时定位与建图（SLAM）技术快速地获取室内的高精度稠密三维点云地图；其次将三维点云通过曲面重建算法重建为室内三维模型并导入到unity 3D中；然后借助VR设备将室内三维模型置于三维立体的虚拟环境中；最后通过视觉SLAM技术实现移动机器人在室内环境的重定位，实时映射机器人在模型中的位姿，完成交互。利用视觉SLAM技术构建三维地图模型不仅快速，解决了场景尺度偏差的问题，且实现地图的重复使用。同时VR技术也使操作人员可以获得强烈的沉浸感，从而更好地理解机器人的工作环境。     

视觉SLAM在动态场景下的图像处理方法

SLAM一直是机器人领域的研究热点,近年来取得了万众瞩目的进步,但很少有SLAM算法考虑到动态场景的处理。针对视觉SLAM场景中动态目标的处理,提出一种在动态场景下的图像处理方法。将基于深度学习的语义分割算法引入到ORB_SLAM2方法中,对输入图像进行分类处理的同时剔除人身上的特征点。基于已经剔除特征点的图像进行位姿估计。在TUM数据集上与ORB_SLAM2进行对比,在动态场景下的绝对轨迹误差和相对路径误差精度提高了90%以上。在保证地图精度的前提下,改善了地图的适用性。     

基于IMU/视觉融合的导航定位算法研究

针对基于视觉传感器的移动机器人在快速运动或发生旋转时出现图像模糊和特征丢失,以至无法进行特征匹配,从而导致系统定位和建图的准确度及精确度下降问题,该文提出了一种以深度相机(RGB_D)融合惯性测量单元（IMU）的方案。采用ORB SLAM2算法进行位姿估计,同时将IMU信息作为约束弥补相机数据的缺失。两种传感器的测量数据采用基于扩展卡尔曼滤波的松耦合方式进行非线性优化,通过数据采集实验表明,该方法能有效提高机器人的定位精度和系统建图效果。     

基于双目视觉与图像深度融合的机房三维重建方法分析

阐述基于双目视觉与图像深度融合的机房三维重建方法，采用双目视觉方案对目标深度信息进行测量，视觉SLAM技术根据左右目图像中的特征点匹配信息，基于本质矩阵恢复出当前帧相机相对于前一帧的位姿变换关系，构建当前帧相机系到参考系的位姿变换，从而在实现定位的基础上对目标进行三维重建。采用数据融合技术对多视结果与深度学习网络深度值进行融合，以解决重建点稀疏性的问题，提升三维机房重建精度以及机房数字孪生智能化监控能力。     

基于PF/CUKF/EKF的移动机器人SLAM框架算法

 提出了一种基于混合滤波的移动机器人同时定位与地图创建(SLAM)算法框架,并利用统计理论对SLAM算法进行一致性评估,该算法框架将机器人SLAM中的联合后验概率分布分解为机器人路径部分及以机器人路径为条件的地图部分,使滤波器变成低维滤波,能够有效地提高计算效率.采用约束的无色卡尔曼滤波(CUKF)算法并融合新的观测数据使提议分布更加接近后验概率分布,并且能够精确估计移动机器人的位姿,进而通过扩展卡尔曼滤波(EKF)算法更新特征地图的位置.仿真实验表明该混合滤波技术为SLAM算法提供了一种有效可靠的途径,在一定条件下与其他SLAM算法比较会得到更高的精度要求.     

基于ORB词袋模型的SLAM回环检测研究

即时定位与地图构建(SLAM)是解决移动机器人在未知非结构化环境中自主导航与控制的关键,一个完整的SLAM系统包括传感器数据处理、位姿估计、构建地图、回环检测四个部分。其中回环检测机制是解决移动机器人的闭环重定位,提高SLAM系统鲁棒性的重要环节。该研究提出一种基于ORB词袋模型的SLAM系统框架,通过研究与分析了使用FLANN算法选取关键帧与匹配帧间特征点,ORB特征描述子对检测速度的提高,通过k-means++算法对特征点进行训练生成含有视觉单词的词袋模型,使用高斯金字塔的直方图交叉核的SVM分类器,使用e PNP算法的增量式帧间位姿估计,回环检测重定位机制等环节,实现了单目视觉SLAM系统的初始化与位姿优化,实现了在丢帧状况下通过词袋模型进行重定位。最后通过搭建实验平台和标准数据集的测试得到的数据结果表明,基于ORB词袋模型的SLAM系统,具有良好的实时性,能够有效提高SLAM系统的重定位准确性,增强了系统的鲁棒性。     

基于动态特征剔除的图像与点云融合的机器人位姿估计方法

针对动态物体影响传感器进行机器人位姿估计的问题,本文提出了一种基于动态特征剔除点云与图像融合的位姿估计方法。首先,YOLOv4和PointRCNN分别被用于识别图像和点云中的潜在运动目标并提取候选框。其次,在视觉定位方面,双目视觉与稀疏光流被用于路标点的构建与追踪,并根据候选框剔除动态特征点,随后构建重投影误差函数,通过基于RANSAC剔除的非线性优化方法求解相机位姿;在激光定位方面,提取前后帧的直线与平面特征点,并根据候选框进行筛选,基于特征点到直线或平面的距离构建误差函数,进而求解激光雷达位姿。为使系统不再局限于单一传感器的使用环境限制,通过自适应加权方法,有效融合了两种位姿结果。最后,通过KITTI数据集和动态场景采集的数据进行定量实验对比,验证了剔除动态特征后的位姿估计的精确性以及融合算法的有效性。     

面向室内动态场景的VSLAM

传统VSLAM算法基于静态场景实现,其在室内动态场景下定位精度退化,三维稀疏点云地图也会出现动态特征点误匹配等问题.文中在ORB-SLAM2框架上进行改进,结合Mask R-CNN进行图像的语义分割,剔除位于动态物体上的动态特征点,优化了相机位姿,得到了静态的三维稀疏点云地图.在公开的TUM数据集上的实验结果表明,结合...     

一种基于VSLAM的室内导航地图制备方法

针对室内复杂环境下导航地图制备问题,提出一种采用图像传感器进行导航地图制备的方法。首先,基于VSLAM技术估计相机位姿,经后端优化后生成环境三维点云;其次,筛选出地面点云,基于随机采样一致性算法得到精确的地面平面方程;最后,投影机器人通行环境区域的点云至二维栅格地图,通过利用贝叶斯方法更新栅格占用状态后,实现室内导航地图的制备。实验结果表明,基于VSLAM制备的室内导航地图精度满足导航要求,且不同于传统激光地图构建方法,地图中包含环境的三维结构信息,在进行路径规划实验中,避免了规划的路径穿过低矮物体及悬空物体的错误。     

智能轮椅视觉SLAM仿真系统实现

运用了基于视觉的EKF同时定位与地图创建（SLAM）方法来实现智能轮椅在室内环境下的导航问题。通过对图像的特征提取及匹配、更新确定自身位姿并建立地图。有效准确的特征提取是SLAM实现的必要条件之一。仿真实验显示,所提出的算法可以实现移动机器人的视觉SLAM。     

基于注意力机制的特征点匹配网络的SLAM方法

已有的实时定位与地图构建(simultaneous localization and mapping,SLAM)方案采用的特征点匹配方法普遍会受视角变化的影响使得特征点的匹配比较困 难,进而 干扰到特征点匹配的精度,最终影响到三维(three-dimensional, 3D) 点云地图构建以及相机运动位姿估计的精度。为 此,本文提出 一种基于注意力机制的特征点匹配网络的SLAM方法。相比于现有的SLA M方法,本 文将SLAM中视觉里程计模块的特征点匹配的方法替换成了一个全新的、基于注意力机制的 特征点匹配网 络的特征点匹配方法,并和传统的特征点提取方法做了一个全新的特征点提取与匹配的组合 ,形成了一个 新的视觉里程计,进而形成了一个新的SLAM方法。首先,通过传统的特征点提取算法进行 特征点的提取, 对提取的特征点及描述子向量进行编码,通过图注意力神经网络进行学习得到匹配描述子, 根据匹配描述 子创建得分矩阵,采用最优传输算法求解最优得分矩阵,计算得到最优匹配点对,到这里就 完成了特征点 提取与匹配的整个过程;基于匹配点对完成相机的定位、建图和回环检测。本文采用KITT I公开数据集 进行实验,实验结果表明采用基于注意力机制特征点匹配网络的SLAM方案,在视角变化不 稳定的情况下,相机运动轨迹误差和相机位姿估计误差的精度明显有所提升。     

一种激光雷达与视觉融合的同步定位及建图算法

室内移动机器人自主导航依赖于同步定位及建图技术,激光雷达与相机作为主流传感器正在不断深入应用到机器人定位与建图,但是单一传感器存在的缺陷不可避免,视觉传感器采集环境特征信息丰富,但视野范围较窄,而且对环境变化较为敏感;三维激光雷达检测精度较高,但价格昂贵,不适合生产生活应用。基于上述问题,提出了一种视觉与激光相融合的SLAM算法框架。首先利用惯性测量单元IMU对RPLidar采集到的雷达数据进行畸变校正处理,同时将Astra Pro深度相机获取的三维数据映射到二维坐标系,通过扩展卡尔曼方法将激光数据与深度数据相融合,最终在实际环境下进行建图比较,获得了更加完整的地图,从而验证了该文算法的可靠性和有效性。     

基于深度相机的小型无人机室内三维地图构建

为了解决小型无人机在室内光线不足情况下的避障以及路径规划问题,设计了一种基于深度相机的无人机室内地图构建系统。文中使用Pixhawk控制板和低成本嵌入式结构光深度相机硬件平台,为避障以及路径规划目标提供室内环境信息。采用反传感器模型算法,利用深度相机和位姿传感器提供的信息来筛选处理出有效的障碍物信息,并构建室内的三维地图,其中深度相机通过激光扫描的方式来获取障碍物点云的描述信息,利用位姿传感器获取无人机的高度信息。实验结果表明,使用该系统能够快速获取室内地图,对障碍物的判断准确率比较高,且不受光线影响,可以广泛应用于无人机的室内导航,实现不依赖外部光源的室内无人机地图构建系统。     

一种融合深度相机与激光雷达的室内移动机器人建图与导航方法

为解决室内移动机器人导航过程中容易碰撞障碍物的问题,本文提出一种融合深度相机和激光雷达的室内移动机器人建图与导航方法,在机器人底盘上安装激光雷达、深度相机和里程计,利用Gmapping算法进行室内二维地图构建,同时用ROS中depthimage_to_laserscan功能包对深度图像进行二维投影,生成的二维栅格地图与...