Rao-Blackwellized滤波器实现机器人同时定位和地图创建

为了实现移动机器人仅依靠单目视觉和里程计创建可靠地图,本文提出了基于Rao-Blackwellized粒子滤波器的同时定位和地图创建方法.文中建立了鲁棒的运动模型和感知模型;通过有效的尺度不变特征变换方法提取环境特征,并采用基于KD-Tree的高维特征点最近邻快速搜索算法实现特征匹配;通过对匹配对的三维重建创建了密集的空间三维自然路标.实际实验表明本文方法能创建较高精度的地图.     

用改进的Rao-Blackwellized粒子滤波器实现移动机器人同时定位和地图创建

将进化策略应用于Rao-Blackwellized粒子滤波器,并结合自适应重新采样方案实现了室内移动机器人同时定位和地图创建。在仅有单目视觉和里程计的基础上,建立了鲁棒的感知模型,通过有效的尺度不变特征变换方法提取环境特征,并采用Unscented卡尔曼滤波更新特征,特征点的匹配采用基于KD-Tree的高维特征点快速匹配算法。在实际Pioneer 3移动机器人上进行的实验结果表明,本文提出的方法是可行的。     

基于Skinner-Ransac的移动机器人单目视觉SLAM

针对移动机器人单目视觉同时定位与地图创建(simultaneous location and mapping,SLAM)数据关联问题,提出一种Ransac抽样算法.该算法(Skinner-Ransac)基于Skinner操作条件反射原理,结合扩展卡尔曼滤波(extended Kalman filter,EKF)运动模型获得的先验信息,对图像匹配点抽样集合中的每个匹配点对赋予权值,并根据判断函数对其权值进行更新.最后,针对数据关联的效率要求提出新的迭代终止条件,以公开图像数据集作为图像采集样本.实验结果表明:Skinner-Ransac算法高效可靠,SLAM的位姿估计结果可以达到移动机器人自主导航的需求.     

基于信息融合的同时定位与地图创建研究

针对在复杂环境中,由于传感数据的高度不确定性,采用声纳传感器进行移动机器人同时定位与地图创建的可靠性很低问题。对基于声纳信息与视觉信息相融合的SLAM进行了研究。利用Hough变换对声纳信息与视觉信息进行处理从中提取直线和点特征,并进行特征级的信息融合,从而充分利用声纳与视觉信息中的冗余信息。在移动机器人上的实验表明,多传器信息融合可以有效提高SLAM的准确度和鲁棒性。     

轮式移动机器人FastSLAM算法研究

移动机器人在复杂未知环境中精确定位并对周围环境进行地图构建有助于机器人对环境的准确理解,是机器人进一步完成各种复杂智能任务如路径规划和避障等的关键和前提.通过对移动机器人未知环境中定位和地图创建问题进行讨论,设计了一种构建2D可视化路标特征地图的方案,该方案结合单目视觉传感器和里程计的鲁棒感知模型,建立包含世界坐标系下...     

一种基于观测范围约束的改进EKF-SLAM算法

针对EKF-SLAM算法在大规模复杂环境下存在的计算量大、运行效率低和定位精度不高等问题,采用对传感器观测范围添加约束条件的方法对该算法进行了改进.设定最大观测距离,将移动机器人对环境地图的观测范围予以限定.通过判断由移动机器人的传感器获取的观测值与最大观测距离之间的大小关系,将系统状态向量中已观测且超出最大约束范围的路标进行删除,使系统状态向量的维数不会随着观测路标的增加而不断加大,从而降低了算法计算量并提高了算法运行效率和定位精度.通过仿真验证了所提方法对提高算法运行效率和定位精度的有效性.     

基于视觉信息的微型无人直升机位姿估计

采用基于视觉信息的姿态估计方法对微小型无人直升机位姿估计进行了研究.在分析视觉信息与直升机运动关系的基础上,可以看出,稳定解算航拍图像序列之间的单应矩阵是整个方法的关键.而解算单应矩阵需得到序列图像之间的特征匹配点.为了获得稳定的、抗噪性强的同平面特征匹配点,方法采用了基于尺度不变特征变换(SIFT)算法和基于随机抽样一致性(RANSAC)算法的匹配策略.在一套真实的微型无人直升机系统上的实验证明,通过该方法得到的位姿信息可以达到无人直升机自主飞行所需的精度要求.     

基于SVD和SIFT的宽基线立体影像匹配

提出了一种在核线几何约束下基于自适应归一化互相关（NCC）及奇异值分解（SVD）的尺度不变特征变换（SIFT）特征匹配算法（SVD-NCC）.算法首先利用SIFT特征的尺度和方位信息对特征点邻域进行仿射变形改正,然后基于NCC测度和SVD算法生成特征点间匹配矩阵并获得其对应关系.在具体实现策略上,算法首先基于特征点的空间分布和信息熵选取一定数量的最优SIFT特征点集,并基于SVD-NCC算法获得初始匹配点对用于立体像对的核线几何估计,然后在核线几何约束下对其余特征点进行扩展匹配及误匹配剔除.实际的宽基线序列立体影像匹配试验结果表明该方法可显著提高匹配点的数量和匹配正确率.     

一种新的图像拷贝篡改检测方法

针对图像的区域拷贝篡改提出了一种新的检测方法,即基于LPP-SIFT(Locality Preserving Projection-Scale Invariant Feature Transform)的检测算法.该算法利用SIFT提取图像的特征点,结合LPP特征映射,生成低维特征点描述子,然后依据向量角度比率得到匹配点对,匹配点对聚集的区域即为拷贝篡改区域.实验表明该算法能够有效地检测定位区域拷贝篡改图像,且对于拷贝区域的旋转、缩放以及图像的JPEG压缩、噪声添加等操作具有较强的鲁棒性.     

基于三支决策的分步约简纹身图像检索

引入三支决策,通过分步约简的方式,改进纹身图像检索算法。将待检索图像及图像库中所有图像灰度化,比较图像库中各图像与待检索图像对应像素点灰度值的差异,统计差异值小于某阈值的像素点在各图像中所占比例,据此以三支决策从图像库中筛选出相似图像并剔除不相似图像;提取其余图像的尺度不变特征变换(scale invariant feature transform, SIFT)特征并与待检索图像进行特征点匹配,再次利用三支决策选出匹配正确的特征点并剔除匹配错误的特征点,提取其余特征点邻域色调-饱和度-亮度(hue saturation value, HSV)空间的颜色特征,结合SIFT特征再次进行特征点匹配,由匹配点的多少确定相似性大小,进而实现检索。在包含3 579幅纹身图像的自建图像库中所进行的检索实验结果显示,改进算法比尺度不变特征变换算法和融合局部颜色特征算法的查准率和查全率皆有所提升,且平均检索时间更短。     

Kalman滤波算法在自平衡机器人中的应用

针对两轮自平衡机器人系统的单一惯性传感器采集数据不够准确,且极易受到外界噪声信号的干扰的问题,提出了基于片上可编程系统的卡尔曼滤波算法来实现多惯性传感器的数据融合系统.介绍了卡尔曼滤波器的基本原理、特点和应用环境.利用FPGA控制器的硬件可重构特性,搭建了Nios软核处理器的SOPC系统硬件平台,在硬件平台上采用C语言实现多姿态传感器的卡尔曼滤波算法,为两轮自平衡机器人的多传感器姿态数据融合提供了有效工具,获得了自平衡机器人姿态数据的最优估计,解决了陀螺仪和加速度计惯性传感器的数据补偿问题.测试结果表明,采用FPGA硬件平台实现卡尔曼滤波算法效率高,姿态数据融合准确、可靠,能够满足自平衡机器人控制系统的姿态最优估计和倾角数据实时反馈要求,系统工作稳定.     

基于MCMC粒子滤波的机器人定位

针对基于传统粒子滤波的机器人定位方法存在粒子退化的问题，提出了基于马尔科夫蒙特卡罗（MCMC）粒子滤波的机器人定位方法.将传统的粒子滤波算法与典型的 MCMC方法--Metropolis Hastings (MH)抽样算法有机结合，并应用于机器人定位研究中.试验结果表明，MCMC方法可以有效抑制粒子退化问题.与基于传统粒子滤波的机器人定位方法相比，该方法降低了定位误差均值和定位误差最大值，取得了更高的定位精度，有效地解决了机器人定位这一非线性非高斯状态估计问题.     

大规模环境下基于激光雷达的机器人SLAM算法

为解决大规模环境下机器人的同时定位和地图构建(SLAM)问题,提出一种基于Rao Blackwellised粒子滤波器的SLAM算法. 通过选取稳定且易于区别的特征点,发展了一种基于全局约束的数据关联方法,有效地减少了误匹配的概率;采用改进的粒子分布预测函数,提高了粒子滤波器的性能.实验结果表明,该算法具有较低的计算复杂度,精度也比较高,能够有效地解决大规模环境下的机器人SLAM问题.     

Approach of simultaneous localization and mapping based on local maps for robot

An extended Kalman filter approach of simultaneous localization and mapping（SLAM） was proposed based on local maps A local frame of reference was established periodically at the position of the robot, and then the observations of the robot and landmarks were fused into the global frame of reference. Because of the independence of the local map, the approach does not cumulate the estimate and calculation errors which are produced by SLAM using Kalman filter directly. At the same time, it reduces the computational complexity. This method is proven correct and feasible in simulation experiments.     

基于地面特征的单目视觉机器人室内定位方法

针对高精度的机器人室内定位方法中成本过高的问题,提出一种基于地面特征的单目视觉机器人室内定位方法。该方法通过安装在机器人底盘的单目鱼眼摄像头采集地面图片,并经过一系列图像处理,将得到的地面方格直线和相机的位姿关系作为观测量,通过推导出观测方程并根据扩展卡尔曼滤波算法得到机器人的位置信息。基于机器人当前时刻位置数据和地面的固定方格大小提出线预测算法,有效地排除干扰线段的影响。实验结果表明,该机器人室内定位方法定位精度可以达到2 cm,具有较好的鲁棒性,能够为低成本的机器人室内定位提供较好的技术参考。     

高压多分裂输电线路自主巡检机器人及其应用

介绍了一种沿(超)高压多分裂输电线路行驶的自主巡检机器人,包括自主巡检机器人本体、地面基站、巡检后台管理系统.机器人机械结构的设计针对多分裂线路特色的障碍物如均压环、间隔棒的结构特点以及线路受到多种作用力后复杂变形的几何特点完成,使得机器人能顺利通过各种障碍物,完成线路的全程自主巡检.通过介绍本系统的关键技术:移动机器人机构、控制系统设计、基于电磁导航与机器视觉的自主巡检系统,给出自主巡检机器人的一个典型实例.不同环境下的现场运行试验表明,该巡检机器人系统正确、实用.     

用于光电混合机器人视觉系统的光学Haar小波滤波器

利用光电混合实现方法进行图象特征提取，可以满足机器人实时性的要求，而光学滤波器的质量将影响图象特征提取的效果，在给出光电混合机器人视觉系统，分析了图象各部分在频域中的频谱分布的基础上，得出利用小波带通滤波器提取图象特征，效果更好的结论，并设计了二维Haar小波滤波器，它是由编程方法得到的，具有效果理想，操作方便、灵活的优点。     

基于改进APIT的移动机器人动态定位

针对室内无线传感器网络通信传输不稳定和定位精度较差的情况,提出了一种移动机器人自主动态定位系统,通过实时选择邻近信标节点,确定节点坐标构成的边界,绘制局部网格空间,实现机器人动态定位.利用接收信号强度指标实现测距,然后采用基于测距的改进近似三角形内点测试（APIT）算法完成定位,再使用卡尔曼算法修正定位误差.该方法适用于室内网络传输不稳定的实际情况,采用卡尔曼滤波器获得最优数据.实验结果表明,该移动机器人自主动态定位方法比基于网格的极大似然方法具有更好的精度和适应性.     

基于RTM的自主服务机器人智能化分散控制

为提高智能服务机器人的服务质量及智能化水平,基于机器人技术中间件(robot technology middleware,RTM),对室内环境下的机器人定点物体传送任务及其相关技术进行了深入研究.首先,为了提高系统的稳定性及开发效率,建立功能模块集,并结合模糊树图与DS(Dempster-Shafer)证据理论实现模块的粒度划分;对于机器人定点物体传送过程中所面临的即时定位与地图创建问题,采用Rao-Blackwellized粒子滤波算法完成底层栅格地图的创建,进而构造动态精简式混合地图,并利用记忆循迹规则实现机器人定点导航;通过改进的显著性区域提取算法实现对空间物体坐标的提取,并利用智能机械臂平台完成对物体的抓取及传送任务.以机器人移动平台和UR5机械臂为基础对设计系统进行实际测试,结果验证了所提分散控制方法的有效性和可行性.