基于智能移動(dòng)設(shè)備的雙側(cè)單目視覺(jué)里程計(jì)系統(tǒng)研究.pdf

1、智能移動(dòng)設(shè)備已成為多數(shù)人生活中不可缺少的一部分，基于其當(dāng)前位置的應(yīng)用也有著廣泛的用途。室外環(huán)境下，其往往通過(guò)GPS等外源信號(hào)進(jìn)行定位，具有較高的精度和穩(wěn)定性，但在室內(nèi)，常見(jiàn)的定位方法往往需要預(yù)先放置外源信號(hào)。對(duì)于無(wú)外源信號(hào)的室內(nèi)定位問(wèn)題，適用于此類場(chǎng)景的主要為慣性導(dǎo)航系統(tǒng)和視覺(jué)里程計(jì)系統(tǒng)，其中慣性導(dǎo)航系統(tǒng)在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生較嚴(yán)重的漂移，相比之下，視覺(jué)里程計(jì)作為室內(nèi)定位和導(dǎo)航的方法則較為理想。
　　傳統(tǒng)的視覺(jué)里程計(jì)系統(tǒng)被設(shè)計(jì)用于無(wú)

2、人車等中大型平臺(tái)，本文則研究其在計(jì)算性能和傳感器均受限制的移動(dòng)平臺(tái)的應(yīng)用，以往的單目視覺(jué)里程計(jì)算法在類似平臺(tái)運(yùn)行時(shí)，專注于精度和實(shí)時(shí)性的提高，往往對(duì)環(huán)境有著較高的要求。此外，智能移動(dòng)設(shè)備在硬件上具有前后攝像頭的特殊性，既與傳統(tǒng)的單目視覺(jué)里程計(jì)有所差異，也與雙目視覺(jué)里程計(jì)要求視場(chǎng)重合不同。本文借鑒了前人在實(shí)時(shí)視覺(jué)里程計(jì)導(dǎo)航、移動(dòng)設(shè)備單目視覺(jué)里程計(jì)導(dǎo)航領(lǐng)域的相關(guān)研究，結(jié)合智能移動(dòng)設(shè)備的實(shí)際硬件特點(diǎn)，研究了使用雙側(cè)攝像頭進(jìn)行雙側(cè)單目視覺(jué)里程計(jì)

3、系統(tǒng)的問(wèn)題，相應(yīng)工作內(nèi)容和貢獻(xiàn)如下:
　　(1)提出了雙側(cè)單目視覺(jué)里程計(jì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，通過(guò)同時(shí)利用智能移動(dòng)設(shè)備雙側(cè)攝像頭，同時(shí)運(yùn)行單目視覺(jué)里程計(jì)，搭建了軟硬件平臺(tái)，進(jìn)行了簡(jiǎn)單的空間和時(shí)間對(duì)準(zhǔn)等工作，為后續(xù)工作打下了基礎(chǔ);
　　(2)結(jié)合實(shí)際運(yùn)行環(huán)境，設(shè)計(jì)并完成了靜態(tài)圖片、視頻流和實(shí)際運(yùn)行三組實(shí)驗(yàn)，評(píng)估了SIFT、ORB及FAST特征在實(shí)際室內(nèi)環(huán)境下的性能和效果，選擇了合適的特征算法，以此完成了雙側(cè)單目視覺(jué)里程計(jì)系統(tǒng)的單目視覺(jué)里

4、程計(jì)部分;
　　(3)針對(duì)雙側(cè)單目視覺(jué)里程計(jì)系統(tǒng)運(yùn)行中，出現(xiàn)的單側(cè)失效的情況，提出了通過(guò)協(xié)方差矩陣和速度估計(jì)檢測(cè)及評(píng)估單側(cè)視覺(jué)里程計(jì)運(yùn)行狀態(tài)的方法，在單側(cè)故障時(shí)，提出了在保證輸出不發(fā)生跳變的情況下故障側(cè)重啟和重新恢復(fù)輸出的方法。設(shè)計(jì)并進(jìn)行了走廊直線、垂直軸向直線及室內(nèi)閉環(huán)三組實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了相關(guān)方法，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明該方法切實(shí)提高了視覺(jué)里程計(jì)系統(tǒng)的魯棒性;
　　(4)針對(duì)雙側(cè)單目視覺(jué)里程計(jì)系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，使用卡爾曼濾波，對(duì)雙側(cè)正常運(yùn)行

5、的單目視覺(jué)里程計(jì)的輸出進(jìn)行融合，提出并分析了相應(yīng)模型。此外，設(shè)計(jì)并進(jìn)行了走廊直線、垂直軸向及室內(nèi)閉環(huán)三組實(shí)驗(yàn)，并對(duì)各自的結(jié)果誤差進(jìn)行了對(duì)比和分析，驗(yàn)證了融合輸出后，雙側(cè)單目視覺(jué)里程計(jì)系統(tǒng)切實(shí)提高了室內(nèi)視覺(jué)里程計(jì)系統(tǒng)的精度，降低了誤差。
　　通過(guò)理論和實(shí)際實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，在室內(nèi)環(huán)境不理想的情況下，本文提出的基于雙側(cè)攝像頭的雙側(cè)單目視覺(jué)里程計(jì)算法在基于智能移動(dòng)設(shè)備硬件的基礎(chǔ)上，顯著提高了室內(nèi)視覺(jué)里程計(jì)系統(tǒng)的魯棒性，而在環(huán)境較為理想時(shí)，則提高