基于视觉的多机器人SLAM算法研究与实现
发布时间：2021-06-03 22:52
机器人如何在无法借助其他定位系统（如全球定位系统）的情况下,对未知环境进行探测与地图构建具有重要的现实意义,例如灾难现场、深空探测、甚至水下或战场环境等。视觉即时定位与建图（Simultaneous Location and Mapping,SLAM）技术为此提供了一种有效手段,也成为了自主机器人的研究热点问题之一。伴随着对任务复杂性、多样性和系统稳定性要求的提升,单个机器人的视觉SLAM在任务执行效率、探测范围和系统稳定性方面已受到挑战。基于此,本文从单机器人视觉SLAM的基本理论入手,针对多机器人视觉SLAM存在的重点和难点进行有效分析和研究,完成了基于视觉的多机器人SLAM的算法开发和实验验证。首先本文在详细阐述了视觉SLAM的基础理论和数学框架模型的基础上,有效设计并实现了单机器人视觉SLAM算法的前端和后端,包括基于最小阀值的特征筛选算法、关键帧选取算法、视觉里程计、基于特征词袋法的闭环检测和基于图优化的全局后端优化算法。在地图构建方面,基于双目视觉,利用半全局块匹配算法计算视差,结合几何原理确定各个像素点的深度信息,最后结合RGB和深度信息以点云填充的方式构建了场景的点云,...
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
机器人应用实例就目前而言，虽然机器人己被成功运用到实际中，但对于大规模环境或相对较复杂的作业场景，仅仅凭单个机器人去完成各种复杂的任务显得力不从心，主
第二章单机器人视觉SLAM算法研究11SLAM中基本以建立视觉词袋的方式来进行场景的辨识；建图部分的任务是进行相应地图的构建，目前的地图形式有三种，稀疏地图、半稠密地图和稠密地图。2.2视觉传感器与相机标定2.2.1视觉传感器的分类目前市面上存在的相机种类繁多，但是大体上可以从两方面来进行分类。从镜头的数量方面来看可以分为单目相机和多目相机两类；而从感知方式方面来说又可以分为主动式和被动式两类。图2-3单目与多目相机图2-3所示为单目相机和多目相机，属于被动探测式相机。单目和多目相机的主要区别在于，单目相机在获取信息的时候，所观测到的景物的深度信息无法在相机静止的状态下获取，需要依据相机不断地运动所获取的同一景物在不同角度的观测信息，计算出该景物的深度；而多目相机由于携带有多个镜头，因此可以在静止状态下得到景物的不同角度的观测量并直接计算得到所观测景物的深度。由于多目相机的各个镜头之间的距离固定且可以由相机标定得到相机参数，相较于单目相机运动过程中的不确定性，其在精度方面也大大优于单目相机。图2-4深度（RGB_D）相机如图2-4所示的Kinect[34]深度(RGB_D)相机是一种主动探测式相机，包括红外激光器、红外接收器和彩色摄像头。其测量深度的基本原理是：当红外激光器发
第二章单机器人视觉SLAM算法研究11SLAM中基本以建立视觉词袋的方式来进行场景的辨识；建图部分的任务是进行相应地图的构建，目前的地图形式有三种，稀疏地图、半稠密地图和稠密地图。2.2视觉传感器与相机标定2.2.1视觉传感器的分类目前市面上存在的相机种类繁多，但是大体上可以从两方面来进行分类。从镜头的数量方面来看可以分为单目相机和多目相机两类；而从感知方式方面来说又可以分为主动式和被动式两类。图2-3单目与多目相机图2-3所示为单目相机和多目相机，属于被动探测式相机。单目和多目相机的主要区别在于，单目相机在获取信息的时候，所观测到的景物的深度信息无法在相机静止的状态下获取，需要依据相机不断地运动所获取的同一景物在不同角度的观测信息，计算出该景物的深度；而多目相机由于携带有多个镜头，因此可以在静止状态下得到景物的不同角度的观测量并直接计算得到所观测景物的深度。由于多目相机的各个镜头之间的距离固定且可以由相机标定得到相机参数，相较于单目相机运动过程中的不确定性，其在精度方面也大大优于单目相机。图2-4深度（RGB_D）相机如图2-4所示的Kinect[34]深度(RGB_D)相机是一种主动探测式相机，包括红外激光器、红外接收器和彩色摄像头。其测量深度的基本原理是：当红外激光器发
本文编号：3211401
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
机器人应用实例就目前而言，虽然机器人己被成功运用到实际中，但对于大规模环境或相对较复杂的作业场景，仅仅凭单个机器人去完成各种复杂的任务显得力不从心，主
第二章单机器人视觉SLAM算法研究11SLAM中基本以建立视觉词袋的方式来进行场景的辨识；建图部分的任务是进行相应地图的构建，目前的地图形式有三种，稀疏地图、半稠密地图和稠密地图。2.2视觉传感器与相机标定2.2.1视觉传感器的分类目前市面上存在的相机种类繁多，但是大体上可以从两方面来进行分类。从镜头的数量方面来看可以分为单目相机和多目相机两类；而从感知方式方面来说又可以分为主动式和被动式两类。图2-3单目与多目相机图2-3所示为单目相机和多目相机，属于被动探测式相机。单目和多目相机的主要区别在于，单目相机在获取信息的时候，所观测到的景物的深度信息无法在相机静止的状态下获取，需要依据相机不断地运动所获取的同一景物在不同角度的观测信息，计算出该景物的深度；而多目相机由于携带有多个镜头，因此可以在静止状态下得到景物的不同角度的观测量并直接计算得到所观测景物的深度。由于多目相机的各个镜头之间的距离固定且可以由相机标定得到相机参数，相较于单目相机运动过程中的不确定性，其在精度方面也大大优于单目相机。图2-4深度（RGB_D）相机如图2-4所示的Kinect[34]深度(RGB_D)相机是一种主动探测式相机，包括红外激光器、红外接收器和彩色摄像头。其测量深度的基本原理是：当红外激光器发
第二章单机器人视觉SLAM算法研究11SLAM中基本以建立视觉词袋的方式来进行场景的辨识；建图部分的任务是进行相应地图的构建，目前的地图形式有三种，稀疏地图、半稠密地图和稠密地图。2.2视觉传感器与相机标定2.2.1视觉传感器的分类目前市面上存在的相机种类繁多，但是大体上可以从两方面来进行分类。从镜头的数量方面来看可以分为单目相机和多目相机两类；而从感知方式方面来说又可以分为主动式和被动式两类。图2-3单目与多目相机图2-3所示为单目相机和多目相机，属于被动探测式相机。单目和多目相机的主要区别在于，单目相机在获取信息的时候，所观测到的景物的深度信息无法在相机静止的状态下获取，需要依据相机不断地运动所获取的同一景物在不同角度的观测信息，计算出该景物的深度；而多目相机由于携带有多个镜头，因此可以在静止状态下得到景物的不同角度的观测量并直接计算得到所观测景物的深度。由于多目相机的各个镜头之间的距离固定且可以由相机标定得到相机参数，相较于单目相机运动过程中的不确定性，其在精度方面也大大优于单目相机。图2-4深度（RGB_D）相机如图2-4所示的Kinect[34]深度(RGB_D)相机是一种主动探测式相机，包括红外激光器、红外接收器和彩色摄像头。其测量深度的基本原理是：当红外激光器发
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