融合语义分割高精双目视觉SLAM系统优化研究

发布时间：2020-04-15 11:13

【摘要】：基于视觉的同时定位与建图(SLAM)技术是实现智能移动机器人在未知环境下的定位与导航的关键技术之一,是当前移动机器人智能化研究的核心问题。传统的视觉SLAM技术局限于图像的几何特征如特征点,难以建立环境的语义地图,不利于人机交互,并且导致在动态场景中定位精度较低,难以广泛应用。双目视觉SLAM系统是目前精度最高、使用最为广泛的视觉SLAM系统。本文在其基础之上,通过构建卷积神经网络分割图像得到语义分割图,设计融合语义分割信息的优化算法,改进传统双目视觉SLAM系统的组成模块,从而提出一套完整的融合语义分割信息的高精双目视觉SLAM系统。在公开数据集下的实验表明,与传统双目视觉SLAM系统相比,本系统不仅能够建立半稠密语义地图,并且在动态场景下具有更高的定位精度。本文完成的具体工作如下:1)完成了卷积神经网络的选型和改造训练,以及卷积神经网络与SLAM框架的融合,提出了一种实时化语义分割的方法。2)基于卷积神经网络输出的语义分割信息,设计更快速、更准确的特征点匹配算法;设计动态物体检测算法,去除动态物体的影响,大大提高动态环境中的定位精度。3)基于卷积神经网络输出的语义分割信息和优化后的定位结果,组合深度滤波算法、非线性优算法和基于贝叶斯的语义融合算法,估计点云的深度和语义信息,建立准确的半稠密语义地图,相比改进前的稀疏点云地图,更有利于人机交互。4)利用公开数据集对本系统进行验证。验证卷积神网络语义分割的准确性和实时性、本系统相对传统双目视觉SLAM系统在动态环境下定位精度的提升、以及半稠密语义地图构建算法的有效性。
【图文】：

.1.1 课题的来源本选题来源于广东省重点领域研发计划项目：面向多场景的高精度全转向大载荷动操作一体化机器人开发与应用示范（2019B090919003）。.1.1 技术研究背景2017 年，国务院文件《促进新一代人工智能产业发展三年行动计划（2018-202）》中指出：要加快人工智能的发展，并为此制定了详细的目标。智能移动机器人实现其目标的关键元素。机器人具有能够在极端情况下作业，不眠不休的特点，可提高社会整体的效率，，代替人类完成很多作业。智能化是指让移动机器人能够获得主感知，自主决策，并自主规划的能力。智能移动机器人具有巨大的生产力，将彻解放人类双手，对社会上产生广泛而深远的影响。近年来已有一些应用实例：比如物流机器人实现物流自动化（如图 1.1-a），用扫地机器人实现家庭服务（如图 1.1-示），太空月球车实现太空探索等。

典型SLAM系统
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP391.41;TP242

【相似文献】

相关期刊论文 前9条

1 祁健诚;;基于双目SLAM的室内导航系统[J];通讯世界;2019年01期

2 吴林峰;王录涛;;图优化SLAM的嵌入式处理技术[J];成都信息工程大学学报;2019年02期

3 卢天利;;基于地面匹配的单目SLAM局部尺度恢复[J];工业控制计算机;2019年08期

4 罗润鑫;余柳平;陈梦强;黄军;邬依林;;SLAM问题中机器人定位误差分析与控制[J];科学技术创新;2019年26期

5 董蕊芳;柳长安;杨国田;程瑞营;;基于图优化的单目线特征SLAM算法[J];东南大学学报(自然科学版);2017年06期

6 蔡来良;杨望山;王姗姗;朱学练;;SLAM在室内测绘仪器研发中的应用综述[J];矿山测量;2017年04期

7 杨祥红;王希彬;;无人机主动SLAM技术研究[J];系统仿真技术;2015年04期

8 王超杰;苏中;连晓峰;赵旭;;搜救环境中的仿生蛇形机器人SLAM方法[J];计算机工程与设计;2015年08期

9 吴晓琳;宋萌;苑晶;孙凤池;陶通;;通讯范围受限条件下的多机器人主动SLAM[J];系统工程与电子技术;2012年10期

相关会议论文 前10条

1 Xu Meng;Chen Zonghai;;Comparison between the Initialization of DSO and ORB-SLAM[A];第二十届中国系统仿真技术及其应用学术年会论文集（20th CCSSTA 2019）[C];2019年

2 Li Xiaohan;Wang Jikai;Chen Zonghai;;Feature Performance Analysis on Different Scenes of ORB-SLAM2 System[A];第二十届中国系统仿真技术及其应用学术年会论文集（20th CCSSTA 2019）[C];2019年

3 皮燕燕;王远明;刘为任;王兴岭;;二维场景中SLAM算法对比研究[A];2018惯性技术发展动态发展方向研讨会文集[C];2018年

4 苏丽;李恩泽;刘志林;;基于啮齿类动物神经模型的SLAM算法[A];第37届中国控制会议论文集（D）[C];2018年

5 Jing Wang;Zongying Shi;Yisheng Zhong;;Visual SLAM Incorporating Wheel Odometer for Indoor Robots[A];第36届中国控制会议论文集（D）[C];2017年

6 Adizul Ahmad;Shoudong Huang;Jianguo Jack Wang;Gamini Dissanayake;;A New State Vector for Range-Only SLAM[A];Proceedings of the 2011 Chinese Control and Decision Conference（CCDC）[C];2011年

7 ;A Hybrid SLAM method for service robots in Indoor Environment[A];中国自动化学会控制理论专业委员会B卷[C];2011年

8 ;An SLAM algorithm based on improved UKF[A];第24届中国控制与决策会议论文集[C];2012年

9 Bo He;Tao Zhang;Guijie Liu;;A New SLAM Algorithm Particle Filter-based for Autonomous Underwater Vehicle[A];proceedings of 2010 3rd International Conference on Computer and Electrical Engineering (ICCEE 2010 no.1)[C];2012年

10 Haoyin Zhou;Tao Zhang;;The combination of SfM and monocular SLAM[A];第26届中国控制与决策会议论文集[C];2014年

相关重要报纸文章 前10条

1 蒋智孚;SLAM技术将为智慧矿山带来质的飞跃[N];中国黄金报;2018年

2 中国青年报·中青在线记者 李超 通讯员 阴祥;从灾难中寻找灵感 大学生研发激光救援机器人[N];中国青年报;2017年

3 实习记者 代小佩;AR导航能成为“路痴”福音吗[N];科技日报;2018年

4 中国信息通信研究院 刘思言 苏丹;东风已至，服务机器人产业起跑[N];人民邮电;2018年

5 实习记者 崔爽;扫地机器人真能解放双手吗[N];科技日报;2018年

6 记者 史舒频;一张创新券激活企业新动能[N];湖州日报;2019年

7 北京商报记者 金朝力;扫地机器人告别花瓶角色[N];北京商报;2019年

8 北京 刘慧;物流机器人技术趋势[N];电子报;2019年

9 肖征荣;好软件少不了它们[N];电脑报;2003年

10 记者 王官波;“AI+”为医疗养老助力[N];中国县域经济报;2019年

相关博士学位论文 前10条

1 王洪玲;移动机器人适应搜救环境的同时定位和地图构建（SLAM）方法研究[D];山东大学;2018年

2 刘丹;智能车辆同时定位与建图关键技术研究[D];北京工业大学;2018年

3 陈孟元;移动机器人仿生SLAM算法研究[D];中国科学技术大学;2019年

4 张超凡;基于多目视觉与惯导融合的SLAM方法研究[D];中国科学技术大学;2019年

5 金红岩;PPRV全长基因克隆及H蛋白与SLAM受体相互作用的研究[D];中国农业科学院;2014年

6 王丹丹;水下无人潜器同步定位与地图生成方法研究[D];哈尔滨工程大学;2017年

7 苑全德;基于视觉的多机器人协作SLAM研究[D];哈尔滨工业大学;2016年

8 赵一路;人机交互环境下的主动SLAM及相关问题研究[D];复旦大学;2013年

9 刘浩敏;面向复杂环境的鲁棒高效的三维注册与结构恢复[D];浙江大学;2017年

10 康轶非;不依赖GPS定位理论及方法研究[D];北京交通大学;2015年

相关硕士学位论文 前10条

1 邹思源;针对小目标的多雷达系统技术研究与其在复杂电磁环境散射建模中的应用[D];上海交通大学;2017年

2 刘艳萍;卷积神经网络在SLAM视觉里程计中的研究与应用[D];山东科技大学;2018年

3 冯东恒;基于Cartographer的激光SLAM系统关键技术分析与评估[D];山东科技大学;2018年

4 韩雨;基于双目视觉的无人车非结构环境SLAM算法研究[D];北京理工大学;2017年

5 李文强;融合语义分割高精双目视觉SLAM系统优化研究[D];华中科技大学;2019年

6 胡万里;室内动态环境下的移动机器人视觉SLAM研究[D];华中科技大学;2019年

7 罗鸿城;基于卷积神经网络的实时单目稠密建图方法研究[D];华中科技大学;2019年

8 徐磊;移动机器人Graph-SLAM系统开发及应用研究[D];华中科技大学;2019年

9 杨辰斐;WiFi信号辅助视觉SLAM的方法研究[D];燕山大学;2019年

10 刘茵;微小型移动机器人的视觉SLAM研究[D];燕山大学;2019年

本文编号：2628488