基于點(diǎn)線特征檢測的單目視覺SLAM算法研究
發(fā)布時(shí)間：2021-10-27 00:05
同步定位與建圖（Simultaneous Localization and Mapping,SLAM）近年來已成為熱門話題,研究者們也采用不同的傳感器作為圖像采集設(shè)備,如單目或雙目相機(jī)、RGB-D相機(jī)、慣性傳感器或激光雷達(dá)等。其中僅采用一個攝像頭作為唯一外部傳感器的被稱為單目視覺SLAM。由于攝像頭體積小、功耗低更適合于嵌入式設(shè)備,這也使得視覺SLAM技術(shù)越來越受關(guān)注。在本文中,對視覺SLAM查閱大量文獻(xiàn)進(jìn)行研究分析后,針對目前傳統(tǒng)采用特征點(diǎn)法單目視覺SLAM在弱紋理場景或存在運(yùn)動模糊時(shí),無法準(zhǔn)確估計(jì)相機(jī)位姿甚至失效情況,提出了一種結(jié)合點(diǎn)線特征信息的半直接法單目視覺SLAM。本文采用結(jié)合直接法與特征法的半直接法,并行運(yùn)行直接法模塊和特征法模塊。在直接法模塊中利用直接法對弱紋理環(huán)境的魯棒性,快速且穩(wěn)健地跟蹤相機(jī)運(yùn)動并構(gòu)建局部半稠密地圖,并將獲得信息提供給特征法模塊。在特征法模塊中根據(jù)直接法模塊提供的先驗(yàn)信息初始化地圖,在傳統(tǒng)采用特征點(diǎn)的基礎(chǔ)上加入線段特征信息,結(jié)合點(diǎn)線特征聯(lián)合優(yōu)化相機(jī)位姿,并在后端優(yōu)化中利用點(diǎn)線特征構(gòu)建視覺詞典樹用于回環(huán)檢測,減小系統(tǒng)的軌跡漂移,提高定位精度,構(gòu)建全局一致...
【文章來源】：遼寧大學(xué)遼寧省 211工程院校
【文章頁數(shù)】：69 頁
【學(xué)位級別】：碩士
【部分圖文】：
SLAM應(yīng)用機(jī)器人根據(jù)采用不同的傳感器作為圖像采集設(shè)備，如單目[5]
便是通過單個相機(jī)捕獲到的環(huán)境信息來實(shí)現(xiàn)這一過程。相機(jī)的運(yùn)動過程可看做為在空間的剛體運(yùn)動，如圖2-1 所示，其中W 為世界坐標(biāo)系，C 為相機(jī)坐標(biāo)系。利用相機(jī)采集圖像識別環(huán)境中路標(biāo)點(diǎn)iX ，建立觀測方程來估計(jì)相機(jī)在世界坐標(biāo)系下的位姿信息，其中位姿信息不僅包含相機(jī)在世界坐標(biāo)系下的坐標(biāo)位置，還包括相機(jī)的朝向信息。整個運(yùn)動過程，既可看作相機(jī)在世界坐標(biāo)系下的位姿變換過程。不過，相機(jī)捕獲的路標(biāo)點(diǎn)iX ，在世界坐標(biāo)系下的坐標(biāo)和相機(jī)坐標(biāo)系下的坐標(biāo)是不同的。在相機(jī)初始化時(shí)，世界坐標(biāo)系和相機(jī)坐標(biāo)系重合，之后相機(jī)的運(yùn)動過程需要用變換矩陣來表示相機(jī)坐標(biāo)系與世界坐標(biāo)系之間的關(guān)系。整個相機(jī)運(yùn)動過程也可以看做是通過路標(biāo)點(diǎn)求解變換矩陣的過程。與歐式坐標(biāo)系中表示方式不同，在齊次坐標(biāo)系下則需要用一個 n+1 維的向量來表示一個 n 維空間中的一點(diǎn)。其中 n 維空間到 n+1 維空間的映射是一對多映射，而 n+1 維空間到 n 維空間的“投影”是多對一的映射。如下公式（2.1）表示基本的相機(jī)運(yùn)動之間的變換矩陣。 TSRPtttsrrrprrrprrrpHxyzzyx313233212223111213（2.1）
圖 2-2 小孔成像模型根據(jù)相似三角形原理，可得公式（2.2）：yyxxfz （2.2）由上式可得公式（2.3）： zyyfzxxf（2.3）以上均假設(shè)以圖像中心為原點(diǎn)。但在圖像坐標(biāo)一般以左上角為坐標(biāo)原點(diǎn)，且圖像在 x,y 方向有不同程度縮放。設(shè)xf ，yf 為焦距 f 乘以 x,y 方向的縮放因子，中心點(diǎn) (,)xyp p為圖像像素坐標(biāo)，則圖像上 x 的坐標(biāo)(u,v)可表示為公式（2.4）： yyxxpzyvfpzxuf（2.4）
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于單目視覺的同時(shí)定位與地圖構(gòu)建方法綜述[J]. 劉浩敏,章國鋒,鮑虎軍. 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與圖形學(xué)學(xué)報(bào). 2016(06)
碩士論文
[1]基于點(diǎn)線綜合特征的雙目視覺SLAM方法[D]. 謝曉佳.浙江大學(xué) 2017
[2]基于結(jié)構(gòu)線條的視覺SLAM方法[D]. 周慧中.上海交通大學(xué) 2015
本文編號：3460462
【文章來源】：遼寧大學(xué)遼寧省 211工程院校
【文章頁數(shù)】：69 頁
【學(xué)位級別】：碩士
【部分圖文】：
SLAM應(yīng)用機(jī)器人根據(jù)采用不同的傳感器作為圖像采集設(shè)備，如單目[5]
便是通過單個相機(jī)捕獲到的環(huán)境信息來實(shí)現(xiàn)這一過程。相機(jī)的運(yùn)動過程可看做為在空間的剛體運(yùn)動，如圖2-1 所示，其中W 為世界坐標(biāo)系，C 為相機(jī)坐標(biāo)系。利用相機(jī)采集圖像識別環(huán)境中路標(biāo)點(diǎn)iX ，建立觀測方程來估計(jì)相機(jī)在世界坐標(biāo)系下的位姿信息，其中位姿信息不僅包含相機(jī)在世界坐標(biāo)系下的坐標(biāo)位置，還包括相機(jī)的朝向信息。整個運(yùn)動過程，既可看作相機(jī)在世界坐標(biāo)系下的位姿變換過程。不過，相機(jī)捕獲的路標(biāo)點(diǎn)iX ，在世界坐標(biāo)系下的坐標(biāo)和相機(jī)坐標(biāo)系下的坐標(biāo)是不同的。在相機(jī)初始化時(shí)，世界坐標(biāo)系和相機(jī)坐標(biāo)系重合，之后相機(jī)的運(yùn)動過程需要用變換矩陣來表示相機(jī)坐標(biāo)系與世界坐標(biāo)系之間的關(guān)系。整個相機(jī)運(yùn)動過程也可以看做是通過路標(biāo)點(diǎn)求解變換矩陣的過程。與歐式坐標(biāo)系中表示方式不同，在齊次坐標(biāo)系下則需要用一個 n+1 維的向量來表示一個 n 維空間中的一點(diǎn)。其中 n 維空間到 n+1 維空間的映射是一對多映射，而 n+1 維空間到 n 維空間的“投影”是多對一的映射。如下公式（2.1）表示基本的相機(jī)運(yùn)動之間的變換矩陣。 TSRPtttsrrrprrrprrrpHxyzzyx313233212223111213（2.1）
圖 2-2 小孔成像模型根據(jù)相似三角形原理，可得公式（2.2）：yyxxfz （2.2）由上式可得公式（2.3）： zyyfzxxf（2.3）以上均假設(shè)以圖像中心為原點(diǎn)。但在圖像坐標(biāo)一般以左上角為坐標(biāo)原點(diǎn)，且圖像在 x,y 方向有不同程度縮放。設(shè)xf ，yf 為焦距 f 乘以 x,y 方向的縮放因子，中心點(diǎn) (,)xyp p為圖像像素坐標(biāo)，則圖像上 x 的坐標(biāo)(u,v)可表示為公式（2.4）： yyxxpzyvfpzxuf（2.4）
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于單目視覺的同時(shí)定位與地圖構(gòu)建方法綜述[J]. 劉浩敏,章國鋒,鮑虎軍. 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與圖形學(xué)學(xué)報(bào). 2016(06)
碩士論文
[1]基于點(diǎn)線綜合特征的雙目視覺SLAM方法[D]. 謝曉佳.浙江大學(xué) 2017
[2]基于結(jié)構(gòu)線條的視覺SLAM方法[D]. 周慧中.上海交通大學(xué) 2015
本文編號：3460462
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