视觉惯导SLAM初始化算法研究

单目视觉系统融合惯性测量单元的同时定位与地图构建(SLAM)系统,能实现在使用场景上的互补,以及较低的硬件成本,在实际工程应用中越来越受到青睐.最近的研究表明,基于优化的SLAM算法性能优于基于滤波的SLAM算法.基于优化的视觉惯导融合SLAM算法具有高度非线性化的特点,其性能高度依赖于系统初始状态估计的准确性;惯性测...     

鲁棒的非线性优化的立体视觉－惯导SLAM

针对基于视觉特征的同时定位与地图构建（SLAM）系统在图像模糊、运动过快和特征缺失的情况下存在鲁棒性和精度急剧下降甚至失败的问题,提出了紧耦合的非线性优化的立体视觉-惯导SLAM系统．首先,以关键帧的位姿作为约束,采用分而治之的策略估计惯性测量单元（IMU）的偏差．在前端,针对ORB-SLAM2在跟踪过程中由于运动过快导致匀速运动模型失效的问题,通过预积分上一帧到当前帧的IMU数据,预测当前帧的初始位姿,并在位姿优化中加入了IMU预积分约束．然后,在后端优化中,在滑动窗口内优化关键帧的位姿、地图点和IMU预积分,并更新IMU的偏差．最后,通过EuRoC数据集验证该系统的性能,对比ORB-SLAM2系统、VINS-Mono系统和OKVIS系统,该系统的精度分别提高了1.14倍、1.48倍和4.59倍;相比前沿的SLAM系统,该系统在快速运动、图像模糊和特征缺失条件下的鲁棒性也得到了提高．     

融合点线特征的视觉惯性SLAM算法

为使移动机器人在昏暗场景中获得更高的定位精度以实现更好的建图效果,针对特征点稀疏、相机移动过快所导致的SLAM算法初始化困难、定位精度较低等问题,提出了一种融合点线特征的视觉惯性SLAM算法。通过EDLines线特征提取匹配算法来引入丰富的线特征,进而提升特征跟踪的鲁棒性;利用惯性传感器和视觉传感器的互补优势,通过视觉惯性分步联合初始化方法在初始化阶段分三步进行优化,进而提升初始化的精度和速度。实验表明,该算法所使用的线特征提取匹配算法相比传统的LSD算法具有了更快的匹配速度和更低的误匹配率,并且该算法在视觉惯性数据集中相机位姿的估计精度更高、鲁棒性更强。     

双目视觉辅助的激光惯导SLAM算法

激光同步定位与地图构建(simultaneous localization and mapping, SLAM)算法在位姿估计和构建环境地图时依赖环境结构特征信息,在结构特征缺乏的场景下,此类算法的位姿估计精度与鲁棒性将下降甚至运行失败.对此,结合惯性测量单元(inertial measurement unit, IMU)不受环境约束、相机依赖视觉纹理的特点,提出一种双目视觉辅助的激光惯导SLAM算法,以解决纯激光SLAM算法在环境结构特征缺乏时的退化问题.即采用双目视觉惯导里程计算法为激光扫描匹配模块提供视觉先验位姿,并进一步兼顾视觉约束与激光结构特征约束进行联合位姿估计.此外,提出一种互补滤波算法与因子图优化求解的组合策略,完成激光里程计参考系与惯性参考系对准,并基于因子图将激光位姿与IMU数据融合以约束IMU偏置,在视觉里程计失效的情况下为激光扫描匹配提供候补的相对位姿预测.为进一步提高全局轨迹估计精度,提出基于迭代最近点匹配算法(iterative closest point, ICP)与基于图像特征匹配算法融合的混合闭环检测策略,利用6自由度位姿图优化方法显著降低里程计漂移误...     

基于改进关键帧选择的ORB-SLAM3算法

针对视觉同时定位与地图构建（VSLAM）领域关键帧选择方法多为启发式阈值的方式,容易存在定位精度不高等问题,提出了基于改进关键帧选择的ORB-SLAM3算法。该算法从考虑关键帧质量出发,采用如下三个标准代替ORB-SLAM3中启发式阈值方式,首先是基于几何约束的自适应关键帧阈值,确保特征点数量充足;其次是基于图像质心原理的分布标准,确保特征点分布均匀;最后是惯性测量单元（IMU）加速度状态观测。在EuRoC数据集下的实验结果表明,所改进的算法在不使用启发式阈值的情况下,单目惯性模式下将ORB-SLAM3定位精度提高了9%,双目惯性模式下定位精度提高了6%,表现出更好的鲁棒性和构图能力。     

基于LiDAR-IMU松耦合的同时定位与建图方法

同时定位与建图(SLAM)是无人车自主导航的基础,基于单一传感器的SLAM算法易受数据关联错误而导致算法跟踪失败.本文提出了一种激光雷达—惯性测量单元(LiDAR-IMU)传感器松耦合的同时定位与建图方法.提出了基于关键帧和基于普通帧的局部地图匹配方法,引入M估计修正代价函数的形状减少错误数据关联的影响,避免了信息损失...     

一种基于RBUKF滤波器的SLAM算法一种基于RBUKF滤波器的SLAM算法

同时定位与建图(SLAM)是智能机器人实现真正自治的必要前提,是一个比单独研究定位或者建图更加困难的课题。该文将基于SUT变换的RBUKF滤波器应用于平面静态环境下的同时定位与建图算法,它能够在同样计算复杂度的情况下,避免基于扩展卡尔曼滤波器(EKF)SLAM算法由于线性化误差大导致滤波器发散,从而出现建图错误的缺点。基于公共数据集的实验表明该方法估计的最终地图比EKF的方法精度高。     

工厂环境下改进的视觉SLAM算法

针对工业场景对自动导引车(AGV)高定位精度的要求,提出一种改进的视觉同时定位与地图创建(VSLAM)算法.在算法前端,双目相机采集立体图像,通过双目匹配算法得到亚像素级的匹配点对,计算出这些特征点在相机坐标系中的3D信息.然后利用RansacPnP算法根据3D-2D匹配点对计算位姿变换,并以它为初值进一步最小化重投影误差,实现局部优化.基于匹配点对描述子的汉明距离提出一种不确定性模型,该模型为局部优化中的约束条件提供信息矩阵,提高定位精度.在算法的后端,通过竖直向上拍摄的单目相机检测可靠的人工信标闭环信息,进行全局位姿优化,并针对AGV的运动模型和工作场景,提出一种基于全局平面约束的优化方法,降低SLAM系统的误差.实验通过KITTI离线数据集对比了该算法前端双目里程计与ORB-SLAM2及libviso2算法里程计的定位精度,并在工厂环境中对整个算法进行实地测试来判断其实际精度和鲁棒性.实验结果表明该算法具有良好的综合性能,定位误差在10 cm以内,定位频率达20 Hz,能够满足工业现场要求.     

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。     

联合深度图聚类与目标检测的像素级分割算法

获取周围环境中的语义信息是语义同时定位与建图(Simultaneous Localization and Mapping,SLAM)的重要任务,然而,采用语义分割或实例分割网络会影响系统的时间性能,采用目标检测方法又会损失一部分精度.因此,文中提出联合深度图聚类与目标检测的像素级分割算法,在保证实时性的前提下,提高当前语义SLAM系统的定位精度.首先,采用均值滤波算法对深度图的无效点进行修复,使深度信息更真实可靠.然后,分别对RGB图像和对应的深度图像进行目标检测和K-means聚类处理,结合两者结果,得出像素级的物体分割结果.最后,利用上述结果剔除周围环境中的动态点,建立完整、不含动态物体的语义地图.在TUM数据集和真实家居场景中分别进行深度图修复、像素级分割、估计相机轨迹与真实相机轨迹对比实验,结果表明,文中算法具有较好的实时性与鲁棒性.     

移动机器人SLAM关键问题和解决方法综述

从同时定位与地图构建（Simultaneous Localization And Mapping,SLAM）的研究进程出发,通过回顾SLAM近三十年来的研究方法,对移动机器人SLAM的研究进行系统的总结,并指出其存在的三个关键问题.针对这三个问题,介绍了基于概率估计和基于视觉的SLAM方法,对基于概率估计的SLAM实现方法进行对比总结,并对视觉传感器的不同特性对基于视觉的SLAM方法研究进展进行阐述,随后对比分析不同方法的优缺点,讨论了视觉SLAM存在的问题.最后展望SLAM未来的发展方向.     

动态环境下基于深度学习的语义SLAM算法

针对应用场景中存在的运动物体会降低视觉同步定位与地图构建（SLAM）系统的定位精度和鲁棒性的问题,提出一种基于语义信息的动态环境下的视觉SLAM算法。首先,将传统视觉SLAM前端与YOLOv4目标检测算法相结合,在对输入图像进行ORB特征提取的同时,对该图像进行语义分割;然后,判断目标类型以获得动态目标在图像中的区域,剔除分布在动态物体上的特征点;最后,使用处理后的特征点与相邻帧进行帧间匹配来求解相机位姿。实验采用TUM数据集进行测试,测试结果表明,所提算法相较于ORB-SLAM2在高动态环境下在位姿估计精度上提升了96.78%,同时该算法的跟踪线程处理一帧的平均耗时为0.065 5 s,相较于其他应用在动态环境下的SLAM算法耗时最短。实验结果表明,所提算法能够实现在动态环境中的实时精确定位与建图。     

基于概率的移动机器人SLAM算法框架

在移动机器人同时定位与地图创建(SLAM)过程中,机器人本身位置不确定,其所处环境也不可预知,针对这些不确定性因素,应用贝叶斯规则作为理论基础,建立移动机器人SLAM算法的概率表示模型,通过扩展卡尔曼滤波器实现SLAM算法,并介绍一种激光雷达数据与特征地图的数据关联方法。实验结果表明,该方法为实现SLAM算法提供了一种有效可靠的途径。     

仿生机器人视觉导航研究分析

视觉导航技术是保证机器人自主移动的关键技术之一。为了从整体上把握当前国际上最新的视觉导航研究动态,全面评述了仿生机器人视觉导航技术的研究进展,重点分析了视觉SLAM(Simultaneous Local-ization and Mapping)、闭环探测、视觉返家三个关键问题的研究现状及存在的问题。提出了一个新的视觉SLAM算法框架,给出了待解决的关键理论问题,并对视觉导航技术发展的难点及未来趋势进行了总结。     

基于ORB-SLAM2系统的快速误匹配剔除算法与地图构建

针对ORB-SLAM2系统中随机抽样一致（RANSAC）算法在误匹配剔除时因其算法本身的随机性而导致效率较低的问题和在ORB-SLAM2系统里未能构建稠密点云地图的问题,采用渐进一致采样（PROSAC）算法来改进ORB-SLAM2系统中的误匹配剔除,并在系统中添加稠密点云地图和八叉树地图构建线程。首先,与RANSAC算法相比,PROSAC算法依据评价函数对特征点进行预排序,并选取评价质量较高的特征点求解单应性矩阵,根据单应性矩阵的解与匹配误差阈值进行误匹配剔除;然后,根据ORB-SLAM2系统进行相机的位姿估计与重定位;最后,根据所选关键帧进行稠密点云地图与八叉树地图的构建。根据TUM数据集上的实验结果,PROSAC算法在进行相同图像的误匹配剔除时所用时间是RANSAC算法的50%左右,并且所提系统的绝对轨迹误差与相对位姿误差与ORB-SLAM2系统基本一致,表现出良好的鲁棒性;另外,与稀疏点云地图相比,提出的新构建地图可以直接用于机器人的导航与路径规划。