基于单目视觉的同时定位与建图算法研究综述*

与传统基于激光传感器的同时定位与建图（SLAM）方法相比,基于图像视觉传感器SLAM方法能廉价的获得更多环境信息,帮助移动机器人提高智能性。不同于用带深度信息的3D传感器研究SLAM问题,单目视觉SLAM算法用二维图像序列在线构建三维环境地图并实现实时定位。针对多种单目视觉SLAM算法进行对比研究,分析了近10年来流行的单目视觉定位算法的主要思路及其分类,指出基于优化方法正取代滤波器方法成为主流方法。从初始化、位姿估计、地图创建、闭环检测等功能组件的角度分别总结了当下流行的各种单目视觉 SLAM 或Odometry系统的工作原理和关键技术,阐述它们的工作过程和性能特点。总结了近年最新单目视觉定位算法的设计思路,最后概括指出本领域的研究热点与发展趋势。     

动态环境下视觉定位与建图的运动分割研究进展

动态环境中视觉定位与建图系统受环境中动态物体的影响,定位与建图误差增加同时鲁棒性下降。而对输入图像的运动分割可显著提高动态环境下视觉定位与建图系统的性能。动态环境中的动态物体可分为运动物体与潜在运动物体。当前动态物体识别方法存在运动主体混乱、实时性差的问题。因此,综述了视觉定位与建图系统在动态环境下的运动分割策略。首先,从场景的预设条件出发,将运动分割策略分为基于图像主体静止假设方法、基于先验语义知识的方法和不引入假设的多传感融合方法;然后,对这三类方法进行总结,并分析各方法的准确性和实时性;最后,针对视觉定位与建图系统在动态环境下运动分割策略的准确性、实时性难以平衡的问题,讨论并展望了动态环境下运动分割方法的发展趋势。     

基于改进粒子滤波器的移动机器人同时定位与建图方法

提出一种基于改进粒子滤波器的移动机器人同时定位与建图方法.该方法将常规粒子滤波器与粒子群优化算法有机结合,引入最新的机器人观测信息以调整粒子的提议分布,从而在保证算法精度的同时,减少定位与建图所需的粒子数,并有效缓解粒子退化现象.此外,考虑到常规的重采样过程容易引起样本贫化现象,引入概率算子以增加粒子的多样性.实验结果表明该方法的可行性和有效性.     

顾及图像增强的煤矿井下视觉同时定位与建图算法

基于特征点法的视觉同时定位与建图（SLAM）算法在煤矿井下有一定应用,但受光照不均、光照多变、明暗区域交错等因素影响,图像质量较差、纹理信息匮乏,导致视觉SLAM前端特征提取与匹配精度较低,易出现跟踪丢失问题,影响视觉SLAM算法的定位精度与建图效果。提出一种顾及图像增强的煤矿井下视觉SLAM算法,通过图像增强处理提升视觉SLAM的整体性能。采用基于改进双边滤波的Retinex算法对煤矿井下图像进行增强处理：将原始RGB图像转换至HSI色彩空间,以改进的双边滤波代替传统Retinex算法的高斯滤波作为中心环绕函数,对图像反射分量进行估计后转换至RGB色彩空间,得到最终增强图像。将基于改进双边滤波的Retinex算法引入经典ORB-SLAM2算法框架进行位姿估计和建图。基于矿井轮式机器人数据采集平台在煤矿井下巷道环境中对顾及图像增强的视觉SLAM算法进行试验,结果表明：与传统Retinex算法相比,经基于改进双边滤波的Retinex算法增强后的煤矿井下图像未出现明显的泛白及光晕现象,图像质量得到提升;与ORB-SLAM2算法相比,顾及图像增强的视觉SLAM算法提高了特征匹配质量和数量,估...     

粒子群优化的同时定位与建图方法

提出一种粒子群优化的同时定位与建图方法,该方法将粒子群优化思想引入到机器人同时定位与建图算法中。通过粒子群优化方法对预估粒子进行更新,调整粒子的提议分布,从而使得采样粒子集中于机器人的真实位置附近。通过对粒子集的优化,有效地克服粒子贫乏问题,并且减少所使用的粒子数以及计算的时间复杂度。经过仿真实验,验证该方法的正确性和可行性。     

单目视觉SLAM仿真系统的设计与实现

实现单目视觉同时定位与建图(SLAM)仿真系统,描述其设计过程。该系统工作性能良好,其SLAM算法可扩展性强,可以精确逼近真实单目视觉SLAM过程。以方便SLAM算法的研究为目标,提供了大量辅助记录、观察和分析实验结果的功能,有助于实验的复现和不同算法效果的对比研究。     

基于视觉SLAM–伺服框架的移动机器人指令滤波反步控制

针对移动机器人位姿镇定问题, 本文提出基于视觉同时定位与建图(simultaneous localization and mapping, SLAM)–伺服框架的指令滤波反步控制策略. 具体而言, 通过加速度层控制器设计进而积分得到的光滑速度信号, 减小SLAM视觉模块的预测位姿误差; 继而应用指令滤波器简化控制器设计的复杂求导运算, 减轻计算负担; 此外, SLAM模块利用运动信息与视觉信息的融合解决未知尺度问题, 降低未知深度造成的控制器设计复杂度. 通过李雅普诺夫理论可以证明闭环系统的稳定性. 仿真和实验结果最终验证了本文算法的有效性.     

移动机器人同时定位与地图创建研究进展

对移动机器人的同时定位与地图创建􀁫(Simultaneous Localization and Mapping)的最新研究进行了综述.指出SLAM 面临的问题,介绍了SLAM的基本实现方法.通过对各种改进的SLAM实现方法的性能对比,详尽地分析了如何降低SLAM的复杂度、提高SLAM的鲁棒性等关键技术问题,同时对多机器人协作的SLAM也进行了论述.探讨了SLAM的研究与发展方向.􀁱     

基于协助校正方法的多机器人主动同时定位与建图

协作策略是多机器人主动同时定位与建图(SLAM)的关键。文中提出一种多机器人相互校正的协作策略, 称为协助校正。 该方法通过优化机器人对陆标的观测来提高定位与建图的精度, 共包括弱协助校正和强协助校正两种模式。 前者是一种间接的协助模式, 可应用于所有机器人自身定位均不准确的情形。 后者是一种直接的协助模式, 由自身定位精度较高的机器人主动校正其它机器人及相应陆标。 文中将这两种协助校正模式利用状态机统一到多机器人主动SLAM应用中。在仿真实验中将协助校正与其它多机器人主动SLAM方法进行对比以验证其精度优势, 并与单机器人主动SLAM对比以验证其导航代价极低的优势。最后在两台Poineer3-DX移动机器人上进行真实环境实验,实验结果证实协助校正方法可在实际应用中有效提高多机器人主动SLAM的探索效率和精度。     

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。     

移动机器人的同步自定位与地图创建研究进展

自主移动机器人在未知环境下作业时,首先要解决的基本问题就是其自身的定位问题,而定位问题与环境地图的创建又是相辅相成的.本文从相关理论和关键技术等方面,系统地总结了同步自定位和地图创建的研究现状,着重介绍了基于概率论的方法,分析了目前存在的难题,并指出了未来研究的发展方向.     

机器人同时定位与地图构建技术研究*

移动机器人同时定位与地图创建是实现未知环境下机器人自主导航的关键性技术,具有广泛的应用前景,也是目前机器人研究的热门课题之一。针对国内外近年来关于移动机器人同时定位与地图创建的研究工作进行了总结和分析,重点介绍了机器人的地图创建方法类别、基于概率理论的自主定位方法、同时定位与地图创建的问题描述及研究方法等方面的发展现状及存在的不足。     

基于EKF的全景视觉机器人SLAM算法

研究全景视觉机器人同时定位和地图创建（SLAM）问题。针对普通视觉视野狭窄, 对路标的连续跟踪和定位能力差的问题, 提出了一种基于改进的扩展卡尔曼滤波（EKF）算法的全景视觉机器人SLAM方法, 用全景视觉得到机器人周围的环境信息, 然后从这些信息中提取出环境特征, 定位出路标位置, 进而通过EKF算法同步更新机器人位姿和地图库。仿真实验和实体机器人实验结果验证了该算法的准确性和有效性, 且全景视觉比普通视觉定位精度更高。     

基于VSLAM的自主移动机器人三维同时定位与地图构建

移动机器人在探索未知环境且没有外部参考系统的情况下,面临着同时定位和地图构建（SLAM）问题。针对基于特征的视觉SLAM（VSLAM）算法构建的稀疏地图不利于机器人应用的问题,提出一种基于八叉树结构的高效、紧凑的地图构建算法。首先,根据关键帧的位姿和深度数据,构建图像对应场景的点云地图;然后利用八叉树地图技术进行处理,构建出了适合于机器人应用的地图。将所提算法同RGB-D SLAM（RGB-Depth SLAM）算法、ElasticFusion算法和ORB-SLAM（Oriented FAST and Rotated BRIEF SLAM）算法通过权威数据集进行了对比实验,实验结果表明,所提算法具有较高的有效性、精度和鲁棒性。最后,搭建了自主移动机器人,将改进的VSLAM系统应用到移动机器人中,能够实时地完成自主避障和三维地图构建,解决稀疏地图无法用于避障和导航的问题。     

基于MIEKF的移动机器人同时定位与地图构建研究*

由于移动机器人处在未知并且不确定的环境中,主要采用基于概率的方法对同时定位与地图构建(SLAM)进行描述。本文建立了SLAM问题的概率表示模型,并对在解决SLAM问题中用最常用的扩展卡尔曼滤波(EKF)算法以及迭代扩展卡尔曼滤波(IEKF)算法进行描述。本文针对两种算法的缺陷和不足,将应用于跟踪领域的修正迭代扩展卡尔曼滤波算法(MIEKF)与SLAM思想结合,提出了一种新的基于MIEKF的SLAM算法。通过基于点特征的SLAM实验验证了该算法的有效性。     

平方根容积卡尔曼滤波概率假设密度算法在移动机器人同时定位与地图构建中的应用

针对杂波环境或数据关联模糊环境下移动机器人同时定位与地图构建(SLAM)的问题,本文提出平方根容积卡尔曼滤波概率假设密度(SRCKF-PHD)SLAM算法,该算法的主要特点在于:1)采用容积规则方法计算非线性函数高斯权重积分以及机器人位姿粒子权重,达到改善位姿估计性能的目的;2)在高斯混合概率假设密度更新过程中,将平方根容积卡尔曼滤波应用于高斯项权重更新及观测似然计算中,保证了协方差矩阵的对称性和半正定性,提高了地图估计的精度和稳定性.通过仿真实验及CarPark数据集,将提出算法与RB-PHD-SLAM算法进行对比,结果表明该算法对机器人位姿估计精度及地图估计精度的提高是有效的.     

基于里程计和PTZ视觉的移动机器人自定位

针对机器人长距离运行时里程计定位存在累积误差问题,提出一种基于里程计和PTZ视觉的移动机器人自定位算法。提出了中断式S形搜索策略的概念,设计了基于有限自动机的视觉定位方法;分析了里程计和视觉定位误差来源,分别建立了其定位信度模型;并基于该模型建立里程计和PTZ视觉定位的框架。针对视觉定位及里程计视觉复合定位分别进行了实验,结果验证了该方法的有效性和实用性。     

室内移动机器人的快速CCD视觉传感处理系统研究

针对传统方法直接对CCD采集的图像进行后续信号处理在实时性上的不足,特别是在高像素CCD构成的视觉系统中这种不足尤为突出。提出了一种快速CCD视觉传感处理方法,该方法包括动态灰度处理、Sobel后置优化、边缘跟踪Hough变化和传感器快速标定,能有效降低算法复杂性,提高整个视觉传感系统的实时性。在白行设计的ARM9（S3C2410）CCD传感的移动机器人平台上运行,实验证明具有较好的实时性。     

无线传感器网络环境下基于粒子滤波的移动机器人SLAM算法

定位问题是移动机器人研究领域中最基本的问题,在Bayes的框架下研究了机器人与无线传感器网络(WSN)组成系统中的同时建图与定位问题(SLAM).针对该系统中只存在距离测量信息可用的情况提出了一种基于粒子滤波的SLAM算法.该方法将机器人状态和节点位置估计设置为一组全局估计粒子,通过对粒子及其权重的更新来计算整个系统的状态.算法将WSN节点的位置估计在机器人的路径上分解为相互独立的估计,从而将全局粒子的计算转化为使用一个机器人状态滤波器和对应于每个机器人粒子的节点位置滤波器进行计算.针对观测信息低维的特点,设计了处理低维观测信息的方法,使得观测信息可以在滤波阶段得到合理利用.并且详细介绍了提出的SLAM算法原理和计算过程,并通过仿真实验证明了算法的有效性和实用性.     

基于直接法的视觉同时定位与地图构建技术综述

视觉同时定位与地图构建（V-SLAM）在机器人、无人机导航、自动驾驶等领域有着广泛的研究。直接法V-SLAM基于环境亮度不变性假设,跟踪相机的位姿并构建环境地图。针对直接法V-SLAM,首先简述其基本原理;然后分析、比较几种具有代表性的直接法V-SLAM系统;最后讨论直接法的优缺点和发展趋势,并进行了总结和展望。