本文關(guān)鍵詞：基于Kinect的同步定位與地圖構(gòu)建研究

  更多相關(guān)文章： Kinect SLAM 視覺(jué)里程計(jì) 圖優(yōu)化 回環(huán)檢測(cè)

【摘要】：隨著人們的生活水平及對(duì)移動(dòng)機(jī)器人相關(guān)任務(wù)需求的增長(zhǎng),移動(dòng)機(jī)器人面臨著工作環(huán)境越來(lái)越復(fù)雜,工作范圍越來(lái)越大的同時(shí),能事先已知環(huán)境地圖信息的情況則越來(lái)越少。因此,使移動(dòng)機(jī)器人能夠在完全未知的環(huán)境中進(jìn)行定位及自主導(dǎo)航的需求越來(lái)越得到廣泛的關(guān)注與重視。同步定位與地圖構(gòu)建(Simultaneous Localization and Mapping,簡(jiǎn)稱SLAM)技術(shù)作為能夠真正實(shí)現(xiàn)移動(dòng)機(jī)器人高度智能化的基礎(chǔ)及關(guān)鍵技術(shù)之一,具備在未知環(huán)境中對(duì)移動(dòng)機(jī)器人進(jìn)行定位,同時(shí)在此基礎(chǔ)上構(gòu)建出與環(huán)境一致的地圖的特點(diǎn),因而成為國(guó)內(nèi)外研究人員的主要研究目標(biāo)之一。視覺(jué)傳感器作為一種能有效獲取環(huán)境紋理、結(jié)構(gòu)等信息的設(shè)備,具有獲取信息豐富、質(zhì)量輕、體積小、性價(jià)比較高等優(yōu)點(diǎn),因而被大量應(yīng)用在計(jì)算機(jī)視覺(jué)及移動(dòng)機(jī)器人相關(guān)領(lǐng)域中。本文以Kinect視覺(jué)傳感器為基礎(chǔ),針對(duì)未知環(huán)境中的定位及構(gòu)圖問(wèn)題進(jìn)行了研究,研究了其中包含的圖像幀間配準(zhǔn)、回環(huán)檢測(cè)及圖優(yōu)化等技術(shù),實(shí)現(xiàn)了室內(nèi)未知環(huán)境中Kinect運(yùn)動(dòng)軌跡的精確估計(jì)與環(huán)境地圖的構(gòu)建。課題的主要內(nèi)容如下：(1)針對(duì)Kinect采集的原始圖像數(shù)據(jù)存在噪聲的情況,結(jié)合深度圖像的數(shù)據(jù)特點(diǎn)研究采用雙邊濾波器對(duì)深度數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理,提高地圖構(gòu)建的準(zhǔn)確性。(2)研究基于稀疏圖像特征的幀間配準(zhǔn),估計(jì)圖像幀間的相對(duì)空間運(yùn)動(dòng)。在介紹了常用的圖像特征提取及描述方法的基礎(chǔ)上,研究了不同的特征匹配的方法,分析了不同閾值條件下匹配結(jié)果對(duì)運(yùn)動(dòng)估計(jì)精度的影響。同時(shí),為了達(dá)到更高的幀間運(yùn)動(dòng)估計(jì)精度,采用了一種結(jié)合RANSAC的雙向PnP運(yùn)動(dòng)估計(jì)方法。實(shí)驗(yàn)證明,該方法能有效地提高幀間運(yùn)動(dòng)估計(jì)的精度。(3)針對(duì)相鄰幀間運(yùn)動(dòng)誤差存在累積的情況,研究回環(huán)檢測(cè)技術(shù)。在介紹回環(huán)檢測(cè)原理基礎(chǔ)上,實(shí)現(xiàn)了基于圖像幀間配準(zhǔn)和基于圖像外觀信息的回環(huán)檢測(cè)。通過(guò)實(shí)驗(yàn),對(duì)比了是否進(jìn)行回環(huán)檢測(cè)情況下對(duì)最終估計(jì)的Kinect運(yùn)動(dòng)軌跡的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明,存在回環(huán)檢測(cè)環(huán)節(jié)時(shí),能夠有效地減少Kinect運(yùn)動(dòng)軌跡的累積誤差。(4)針對(duì)如何表述Kinect位姿以及位姿間約束關(guān)系的問(wèn)題,研究了基于位姿圖的優(yōu)化方法。介紹了圖優(yōu)化的理論基礎(chǔ),包括位姿圖的構(gòu)建、圖優(yōu)化的理論推導(dǎo)。使用了幀間相對(duì)運(yùn)動(dòng)估計(jì)的重投影均值誤差作為構(gòu)建邊的信息矩陣的依據(jù)的方法,實(shí)驗(yàn)證明了該方法能有效地減少誤差較大的邊約束對(duì)優(yōu)化結(jié)果的影響。之后介紹了使用g2o通用圖優(yōu)化框架進(jìn)行SLAM優(yōu)化問(wèn)題的求解的詳細(xì)步驟。(5)在前述各過(guò)程算法實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)上,采用公開(kāi)數(shù)據(jù)集對(duì)算法的性能進(jìn)行測(cè)試。分析對(duì)比算法的實(shí)時(shí)性以及精確性能。通過(guò)不斷對(duì)算法相關(guān)參數(shù)的調(diào)試,使得算法在精度和速度上的表現(xiàn)達(dá)到預(yù)期要求。同時(shí)使用Kinect進(jìn)行室內(nèi)的SLAM實(shí)驗(yàn),通過(guò)生成地圖的效果定性衡量其估計(jì)精度的性能。
【學(xué)位授予單位】：北京化工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TP391.41;TP242

【相似文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 弋英民;劉丁;;動(dòng)態(tài)環(huán)境下基于路徑規(guī)劃的機(jī)器人同步定位與地圖構(gòu)建[J];機(jī)器人;2010年01期

2 熊蓉;褚健;吳俊;;基于點(diǎn)線相合的機(jī)器人增量式地圖構(gòu)建[J];控制理論與應(yīng)用;2007年02期

3 徐則中;;基于特殊矩陣的同時(shí)定位與地圖構(gòu)建[J];火力與指揮控制;2010年12期

4 劉少剛;郭云龍;賈鶴鳴;;基于直線特征提取匹配搜救機(jī)器人的同步定位與地圖構(gòu)建[J];吉林大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版);2013年04期

5 劉鑓;任雪梅;A.B.RAD;;基于信息勢(shì)能的魯棒估計(jì)器及其在同時(shí)定位與地圖構(gòu)建問(wèn)題中的應(yīng)用[J];控制理論與應(yīng)用;2011年07期

6 張學(xué)習(xí);楊宜民;謝云;;全自主機(jī)器人足球系統(tǒng)的全局地圖構(gòu)建研究[J];控制理論與應(yīng)用;2011年07期

7 何俊學(xué);李戰(zhàn)明;;基于視覺(jué)的同時(shí)定位與地圖構(gòu)建方法綜述[J];計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究;2010年08期

8 趙亮;陳敏;李洪臣;;基于視覺(jué)同時(shí)定位與地圖構(gòu)建數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)優(yōu)化算法[J];計(jì)算機(jī)應(yīng)用;2014年02期

9 高云園;郭云飛;韋巍;;協(xié)作多機(jī)器人用于未知環(huán)境完全探測(cè)和地圖構(gòu)建[J];儀器儀表學(xué)報(bào);2007年07期

10 王文斐;熊蓉;褚健;;基于粒子濾波和點(diǎn)線相合的未知環(huán)境地圖構(gòu)建方法[J];自動(dòng)化學(xué)報(bào);2009年09期

中國(guó)重要會(huì)議論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前2條

1 王珂;趙立軍;李瑞峰;;基于貫序Mb-ICP融合的機(jī)器人復(fù)雜室內(nèi)地圖構(gòu)建[A];中國(guó)自動(dòng)化學(xué)會(huì)控制理論專業(yè)委員會(huì)B卷[C];2011年

2 王美玲;熊之韜;楊毅;;用于自主車導(dǎo)航的快速室內(nèi)地圖構(gòu)建方法[A];2008年激光探測(cè)、制導(dǎo)與對(duì)抗技術(shù)研討會(huì)論文集[C];2008年

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前4條

1 孫作雷;大規(guī)模不規(guī)則環(huán)境中的移動(dòng)機(jī)器人定位與地圖構(gòu)建[D];上海交通大學(xué);2010年

2 熊蓉;室內(nèi)未知環(huán)境線段特征地圖構(gòu)建[D];浙江大學(xué);2009年

3 徐則中;移動(dòng)機(jī)器人的同時(shí)定位和地圖構(gòu)建[D];浙江大學(xué);2004年

4 王文斐;面向室內(nèi)動(dòng)態(tài)環(huán)境的機(jī)器人定位與地圖構(gòu)建[D];浙江大學(xué);2011年

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 劉兆豐;基于姿態(tài)圖的室內(nèi)環(huán)境地圖構(gòu)建及地點(diǎn)識(shí)別方法研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2015年

2 段華旭;無(wú)人車基于雙目視覺(jué)室外即時(shí)定位與地圖構(gòu)建[D];大連理工大學(xué);2015年

3 劉昆;基于多傳感器的同時(shí)定位與地圖構(gòu)建[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2015年

4 張希;ROS開(kāi)源軟件在Windows系統(tǒng)的重構(gòu)[D];西安電子科技大學(xué);2014年

5 張紹君;移動(dòng)機(jī)器人的同時(shí)定位和地圖構(gòu)建子系統(tǒng)技術(shù)研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2014年

6 江文婷;大規(guī)模道路場(chǎng)景致密語(yǔ)義地圖構(gòu)建[D];浙江大學(xué);2016年

7 李皓博;個(gè)體機(jī)器人地圖構(gòu)建的改進(jìn)內(nèi)螺旋覆蓋法[D];遼寧科技大學(xué);2015年

8 侯朋岐;移動(dòng)機(jī)器人路徑規(guī)劃與二維地圖構(gòu)建研究[D];大連海事大學(xué);2016年

9 彭誠(chéng);基于立體視覺(jué)的移動(dòng)機(jī)器人地圖構(gòu)建關(guān)鍵技術(shù)研究[D];安徽工程大學(xué);2016年

10 劉迪;基于Kinect的同步定位與地圖構(gòu)建研究[D];北京化工大學(xué);2016年

，

本文編號(hào)：1213785