火星表面多漫游器协同构建导航地图方法研究

发布时间：2021-04-27 16:58

　　火星与地球所处的宇宙环境十分相似,对火星开展探测,在寻找地外生命、研究地球大气与磁场演变等方面具有重要意义。利用漫游器对火星进行探测,是人类目前为止最有效的探测火星的手段。然而由于缺少火星表面的导航地图,目前火星漫游器的行进路线主要依靠地面科研人员根据火星漫游器拍摄的图像设计,大大降低了火星漫游器的探测速度。此外,对于某个火星漫游器拍摄的图像,也只用于其自身的定位导航,对后续其它漫游器经过相同区域时的自主导航没有帮助,造成了信息的浪费。针对上述问题,本文提出一种多漫游器协同构建导航地图的方法,主要研究内容如下。首先,研究基于双目视觉的SLAM（Simultaneous Localization and Mapping,同时定位与地图构建）方法,对单个火星漫游器进行自主定位,并构建火星表面的稀疏特征点地图,该地图可以用于其它漫游器经过相同区域时的自主定位。其次,研究基于词袋模型的重叠区域搜索算法。利用火星漫游器拍摄的图像构建字典,利用字典计算图片的相似性评分,进而利用阈值法抑制较低的相似性评分,以最终寻找到连续多帧的相似图像。第三,研究不同漫游器下的稀疏特征点地图与漫游器位姿协同拼接方法... 

【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：71 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 课题背景和意义
        1.1.1 课题来源
        1.1.2 研究目的及意义
    1.2 国内外的研究现状及分析
        1.2.1 火星漫游器导航方法研究现状
        1.2.2 SLAM方法研究现状
        1.2.3 多机器人协同构建地图方法研究现状
        1.2.4 空间三维地图研究现状
    1.3 本文主要研究内容与结构
第2章 基于双目视觉的火星漫游器SLAM算法
    2.1 引言
    2.2 相机模型
        2.2.1 相机成像模型
        2.2.2 双目相机测距模型
        2.2.3 图像畸变的校正
    2.3 特征点提取与匹配
        2.3.1 特征点检测方法
        2.3.2 特征点表示方法
        2.3.3 特征点匹配方法
    2.4 漫游器位姿求解方法
    2.5 仿真实验与分析
        2.5.1 基于漫游器实际拍摄图像的特征点提取与匹配实验
        2.5.2 基于地面模拟场地图像的漫游器SLAM仿真实验
        2.5.3 基于计算机模拟图像的漫游器SLAM仿真实验
    2.6 本章小结
第3章 基于词袋模型的重叠区域搜索算法
    3.1 引言
    3.2 基于词袋模型的字典生成算法
        3.2.1 词袋模型的概念
        3.2.2 字典的构建方法
    3.3 基于字典的重叠区域搜索算法
        3.3.1 图片描述向量的生成与比较
        3.3.2 重叠区域查找流程
    3.4 仿真实验与分析
        3.4.1 基于漫游器实际拍摄图像的相似图片搜索实验
        3.4.2 基于地面模拟场地图像的重叠区域搜索实验
    3.5 本章小结
第4章 稀疏特征点地图及漫游器位姿拼接算法
    4.1 引言
    4.2 稀疏特征点地图及漫游器位姿拼接原理
    4.3 坐标转换关系初始估计算法
    4.4 三维点云与相机位姿联合优化方法
    4.5 仿真实验与分析
        4.5.1 基于地面模拟场地图像的稀疏特征点地图及位姿拼接实验
        4.5.2 基于计算机模拟图像的稀疏特征点地图及位姿拼接实验
    4.6 本章小结
第5章 稠密点云地图与八叉树地图的构建算法
    5.1 引言
    5.2 稠密点云地图构建算法
        5.2.1 基于极线搜索与块匹配的双目图像匹配
        5.2.2 稠密点云地图的构建
    5.3 八叉树地图构建算法
    5.4 仿真实验与分析
        5.4.1 基于地面模拟场地图像的八叉树地图构建实验
        5.4.2 基于计算机模拟图像的八叉树地图构建实验
    5.5 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]“机遇”号火星车破外星行驶距离纪录[J].   科技创新导报. 2014(22)
[2]嫦娥三号巡视器视觉定位方法[J]. 王保丰,周建亮,唐歌实,邸凯昌,万文辉,刘传凯,王镓.  中国科学:信息科学. 2014(04)
[3]嫦娥三号“玉兔号”巡视器遥操作中的关键技术[J]. 吴伟仁,周建亮,王保丰,刘传凯.  中国科学:信息科学. 2014(04)
[4]好奇心号巡视器及其特点分析[J]. 岳宗玉,邸凯昌.  航天器工程. 2012(05)
[5]勇气号和机遇号火星车定位方法评述[J]. 邸凯昌.  航天器工程. 2009(05)

博士论文
[1]基于视觉的多机器人协作SLAM研究[D]. 苑全德.哈尔滨工业大学 2016
[2]基于图像特征点的移动机器人立体视觉SLAM研究[D]. 林睿.哈尔滨工业大学 2011
[3]多移动机器人地图构建的方法研究[D]. 潘薇.中南大学 2009



本文编号：3163831