基于激光测距与双目视觉信息融合的移动机器人SLAM研究

未知复杂环境中不规则的障碍物使传感数据具有不确定性,单依靠激光测距仪进行移动机器人的定位与自主导航可靠性不足;针对此问题,提出了一种基于激光测距仪和双目视觉传感器信息融合的精确定位方法,利用加权最小二乘拟合方法和尺度不变特征变换(SIFT)算法分别从对激光信息与视觉信息中提取直线和点特征,进行特征级的信息融合。通过对实验结果和数据分析,多传感器信息融合可以有效提高移动机器人SLAM(即时定位与地图构建)的精度和鲁棒性。     

基于RGB-D相机的SLAM算法优化

为解决在利用增强现实技术进行装备维修的应用中,由于头戴设备硬件资源受限和计算能力不足导致的三维场景建模实时性差、回环检测鲁棒性低问题,利用RGB-D相机对传统视觉SLAM方法中计算费时的环节进行优化。通过将帧间匹配的SIFT算法提取主要素对特征描述符合理降维,优化匹配距离;利用RGB-D相机获取场景轮廓以降低关键帧数目;在回环检测中增加轮廓粗匹配步骤,减少词袋模型中用于聚类的特征描述子数量,提高回环检测的速度和效果。实例验证了该算法的可行性。     

基于实例分割的视觉SLAM算法

针对当前视觉同步定位与地图构建(visual simultaneous localization and mapping,VSLAM)算法鲁棒性较差,无法生成适合自主导航的语义地图等问题,提出一种基于实例分割的视觉SLAM算法。在对输入图像提取特征点的同时,使用卷积神经网络对图像进行实例分割;利用实例分割信息辅助定位,剔除容易造成误匹配的特征点,缩小特征匹配的区域;使用实例分割的语义信息构建语义地图。使用TUM数据集对图像实例分割、视觉定位以及语义地图构建进行实验验证,验证结果表明,该算法提高了机器人定位的准确性,生成了精确的语义地图,满足机器人执行高级任务的需求。     

基于传感器和视觉SLAM的双目相机虚拟注册研究

在无标记增强现实中,针对基于视觉特征的同时定位与地图构建(SLAM)增强现实注册算法在图像模糊、运动过快和特征缺失等情况下存在精度急剧下降问题,提出一种在视觉SLAM基础上融合惯性测量单元(IMU,Inertial measurement unit)改进的相机定位与虚拟注册方法.所提注册方法,在进行特征点匹配时通过IMU预积分模块减小匹配特征点的搜索空间,加速特征点匹配过程,提高时间效率;确定相机位姿时,采用视觉SLAM和IMU数据联合求解相机位姿,提高了注册精度.再根据相机位姿变化信息计算出变换矩阵,完成对虚拟对象的注册.最后,通过EuRoC数据集验证该方法的性能,对比其他方法,所提方法具有更高的时间效率和注册精度.     

激光雷达SLAM算法综述

即时定位与地图构建（simultaneous localization and mapping,SLAM）是自主移动机器人和自动驾驶的关键技术之一，而激光雷达则是支撑SLAM算法运行的重要传感器。基于激光雷达的SLAM算法，对激光雷达SLAM总体框架进行介绍，详细阐述前端里程计、后端优化、回环检测、地图构建模块的作用并总结所使用的算法；按由2D到3D，单传感器到多传感器融合的顺序，对经典的具有代表性的开源算法进行描述和梳理归纳；介绍常用的开源数据集，以及精度评价指标和测评工具；从深度学习、多传感器融合、多机协同和鲁棒性研究四个维度对激光雷达SLAM技术的发展趋势进行展望。     

基于SLAM的虚拟现实六自由度输入系统研究

在虚拟现实(VR)系统中,手控器的三维位姿定位与追踪是至关重要的功能。虽然被动式的六自由度(6DoF)输入方案比较稳定,但是这种系统通常需要额外的硬件,因此比较昂贵,并且其建立和初始化需要额外的空间和时间成本。因此基于视觉惯性即时定位与地图构建(SLAM)的主动式定位,提出一种易于部署且便于携带的六自由度输入系统,作为虚拟现实的手控器。为验证其在三维交互任务中的表现,设计了一组与现有商业手控器的用户对比实验。用户对比实验表明,所提出的主动式六自由度输入系统在虚拟现实交互任务中与现有的商业控制器具有相当的性能。     

基于RGB-D的移动机器人三维视觉SLAM

针对移动机器人三维视觉SLAM中存在的实时性不高,匹配误差较大的问题,提出了一种改进的特征匹配算法,提取ORB特征进行特征匹配,并采用基于最小距离与RANSAC结合的方法剔除误匹配。针对位姿估计不准确的问题,将传统的ICP算法与PNP算法结合提高配准成功率,并通过RANSAC与g^2 o优化位姿估计。实验结果表明该方法能有效提高SLAM系统的实时性和位姿估计的准确性     

基于图优化的移动机器人视觉SLAM

针对目前移动机器人视觉SLAM（simultaneous localization and mapping）研究中存在的实时性差、精确度不高、无法稠密化建图等问题,提出了一种基于RGB-D数据的实时 SLAM算法。在本算法前端处理中,采用了鲁棒性与实时性更好的ORB特征检测。利用 RANSAC 算法对可能存在的误匹配点进行剔除完成初始匹配,对所得内点进行PNP求解,用于机器人相邻位姿的增量估计。在后端优化中,设计了一种遵循图优化思想的非线性优化方法对移动机器人位姿进行优化。同时结合闭环检测机制,提出了一种点云优化算法,用于抑制系统的累积误差,进一步提升位姿与点云的精确性。实验验证了本文所提方法能够迅速、准确地重构出稠密化的三维环境模型。     

基于视觉词典的单目视觉闭环检测算法

针对移动机器人单目视觉同步定位与地图构建中的闭环检测问题,文中设计一种基于视觉词典的闭环检测算法。算法对采集的每帧图像通过SURF进行特征提取,应用模糊K均值算法对检测的视觉特征向量进行分类,在线构建表征图像的视觉词典。为精确表征局部视觉特征与视觉单词间的相似关联,利用混合高斯模型建立视觉词典中的每一视觉单词的概率模型,实现图像基于视觉词典的概率向量表示,通过向量的内积来计算图像间的相似度。为保证闭环检测的成功率,应用贝叶斯滤波融合历史闭环检测与相似度信息来计算闭环假设的后验概率分布。另外,引入浅层记忆与深度记忆两种内存管理机制来保证算法执行的快速性。实验结果证明该方法的有效性。     

一种基于半直接视觉里程计的RGB-D SLAM算法

提出了一种新的基于半直接视觉里程计的RGB-D SLAM(同步定位与地图创建)算法,同时利用直接法和传统特征点法的优势,结合鲁棒的后端优化和闭环检测,有效提高了算法在复杂环境中的定位和建图精度.在定位阶段,采用直接法估计相机的初始位姿,然后通过特征点匹配和最小化重投影误差进一步优化位姿,通过筛选地图点并优化位姿输出策略,使算法能够处理稀疏纹理、光照变化、移动物体等难题.算法具有全局重定位的能力.在后端优化阶段,提出了一种新的关键帧选取策略,同时保留直接法选取的局部关键帧和特征点法选取的全局关键帧,并行地维护2种关键帧,分别在滑动窗口和特征地图中对它们进行优化.算法通过对全局关键帧进行闭环检测和优化,提高SLAM的全局一致性.基于标准数据集和真实场景的实验结果表明,算法的性能在许多实际场景中优于主流的RGB-D SLAM算法,对纹理稀疏和有移动物体干扰的环境的鲁棒性较强.     

结构化环境下基于结构单元软编码的3维激光雷达点云描述子

在同时定位与地图构建(SLAM)系统中,基于3维激光雷达点云数据的闭环检测由于描述子计算困难而极具挑战.为此,本文提出一种结构化环境下可用于闭环检测的基于结构单元软编码的新型3维激光雷达点云描述子.针对3维激光雷达点云的稀疏性和独立性导致的3维空间线段提取困难的问题,首先通过几何滤波的方法提取3维空间中垂直于地面的线段,用于保留3维空间的结构信息;然后,基于线段的空间几何关系构建结构单元集合,并通过软编码技术计算特征向量,作为3维激光雷达点云的描述子;最后,通过两帧点云描述子的匹配实现闭环检测.在KITTI公开数据集和自采数据集上的对比实验,验证了本文方法在时效性和鲁棒性等方面均优于主流的3维激光闭环检测方法.     

一种自适应的Graph SLAM鲁棒闭环算法

针对在常规Graph SLAM(simultaneous location and mapping)算法中后端优化无法高效排除错误闭环影响的问题,提出一种自适应的Graph SLAM鲁棒闭环算法.通过分析代价函数中尚未确定的参数对优化过程的影响,根据迭代得到的最新信息,对这些参数进行更新,从而加快算法收敛速度,并对不同的数据集有很好的适应性.利用公开的数据集对算法进行实验,通过对比发现,在添加不同类型、不同数量的异常闭环条件下,本文算法对不同数据集具有良好适应性且收敛速度较快,证明了算法的有效性.     

基于点线特征融合的视觉惯性SLAM算法

针对目前视觉SLAM方法鲁棒性差、耗时高,使系统定位不够精确的问题,提出了一种基于点线特征融合的视觉惯性SLAM算法。首先通过短线剔除和近似线段合并策略改进LSD（line segment detection）提取质量,以提高线特征检测的速率和准确度;然后在后端优化中有效融合了点、线和IMU数据,建立最小化目标函数进行优化,得到更精确的相机位姿;最后在EuRoC数据集和现实走廊场景进行了实验验证。实验表明,所提算法可以有效提升线特征提取的质量和速度,同时有效提高了SLAM系统的定位精度,获得更为丰富的点线结构地图。     

视觉SLAM 中基于误匹配风险预测的特征选择

针对视觉SLAM（同时定位与建图）问题,提出了一种预测误匹配风险最小化的特征选择方法． 该方法采用预测误匹配风险来衡量新检测到的特征对未来特征匹配过程的影响,然后采用多级排序的方法优先选择误匹配风险小且重现率高的候选特征进行初始化． 该方法能根据系统状态估计不确定度的强弱自适应地选择不易被误匹配的特征,从而保证了SLAM算法的收敛性和一致性．在实际单目视觉SLAM系统上的对比实验表明, 本文方法在降低特征误匹配率和保证SLAM结果的正确性等方面具有明显优势．     

基于在线光度标定的半直接视觉SLAM算法

为解决视觉SLAM（同时定位与地图创建）算法依赖图像亮度而对光照变化场景敏感的问题,提出一种基于在线光度标定的半直接视觉SLAM算法。首先,根据相机成像原理,提出基于光度标定的帧间位姿估计方法,在求解位姿的同时对原始的输入图像进行光度校正。其次,在特征追踪环节采取最近共视关键帧匹配策略,以提升特征点匹配效率。最后,对后端重投影迭代优化策略进行改进,降低光照变化对视觉SLAM算法的精度和鲁棒性的影响。在TUM、EuRoC数据集上的实验结果表明,本算法的轨迹估计精度优于LSD-SLAM和SVO 2.0算法,尤其是在中等难度、高难度的数据集序列上。在真实环境测试中,通过对比本算法与激光方法的轨迹估计结果,证明本算法有效提高了传统视觉SLAM方法在光照不均匀场景下的定位精度与鲁棒性。     

基于扫描匹配的室外环境SLAM 方法

针对室外环境中的机器人“绑架”问题,提出了基于地图匹配的SLAM方法．该方法舍弃了机器人里程计信息, 只利用局部地图和全局地图的图形相关性进行机器人定位．方法的核心是多重估计数据关联,并将奇异值分解应用到机器人位姿计算中．利用Victoria Park数据集将本算法与基于扩展卡尔曼滤波器的方法进行比较,实验结果证明了本文提出的算法的有效性．     

基于粒子滤波的单目视觉SLAM算法

针对携带有单目摄像机和码盘的微小机器人的定位与建图问题,提出了基于粒子滤波的SLAM(同时定位与建图)算法.从摄像机中提取图像特征点,并在图像序列中加以匹配,根据相应时刻的摄像机位姿计算得到对应的环境标志点坐标;机器人的大致位姿估计由码盘运动模型获得.在机器人移动过程中,环境标志点的观测信息和码盘信息通过粒子滤波相融合,从而提高了机器人定位的精度,同时也得到了更为准确的环境标志点坐标.仿真实验结果表明本算法有效、可靠.     

基于稀疏化的快速扩展信息滤波SLAM算法

随着SLAM技术的不断发展,计算效率已经成为制约SLAM发展的主要因素.所提出的算法从稀疏化的角度对扩展信息滤波SLAM算法进行改进.根据信息矩阵几乎稀疏的特点,该算法在合理稀疏化信息矩阵的同时利用环闭合检测技术,不仅大大提高了算法的计算效率,而且所得到的估计结果也很精确.通过仿真对信息矩阵稀疏化、算法效率、重定位以及误差和协方差四个关键问题进行了分析.分别就室内具有摄像头的两轮机器人和室外具有激光雷达的四轮机器人的情况进行了实验讨论.仿真与实验结果表明了所提算法的有效性.     

基于2点RANSAC的无人直升机单目视觉SLAM

1点随机抽样一致性(RANSAC)算法是一种准确度高、计算量小的数据关联算法,但是其在摄像机多个轴上的角速度都快速变化时会失效,用在以无人直升机为载体的单目视觉同步定位与地图构建(SLAM)上存在滤波发散的风险.针对该问题,提出2点RANSAC算法,结合EKF运动模型的先验信息,用只抽样2个匹配点的RANSAC去除野点.在微小型无人直升机平台上进行了基于2点RANSAC算法的单目视觉SLAM实验,实验结果表明2点RANSAC算法工作可靠,SLAM的位姿估计精度可以达到自主飞行需要.