基于三維相機(jī)的三維地圖創(chuàng)建與優(yōu)化的關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、本論文主要研究了基于三維攝像機(jī)的移動機(jī)器人三維彩色地圖創(chuàng)建與定位問題，討論了關(guān)鍵幀提取與閉合路徑檢測技術(shù)，并在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)了對地圖的優(yōu)化。其主要工作如下：
　　首先，本文選擇Kinect三維攝像機(jī)來獲取三維信息，并結(jié)合Pioneer移動機(jī)器人組成實驗硬件設(shè)備。在基于PCL(Point Cloud Library)點云庫的基礎(chǔ)上，搭建了移動機(jī)器人三維地圖創(chuàng)建與定位的研發(fā)裝置。
　　其次，本文提出了一套完整的三維彩色地圖創(chuàng)建與定

2、位方案。介紹了機(jī)器人位姿的描述與坐標(biāo)變換，結(jié)合6D SLAM參數(shù)模型，借助ORB(Oriented FAST andRotated BRIEF)算法進(jìn)行特征點提取和匹配，完成基于ICP(Iterative ClosestPoint)算法的機(jī)器人三維運動估計；在機(jī)器人初始位姿的基礎(chǔ)上，建立三維地圖初始化和更新機(jī)制，并顯示初步創(chuàng)建的三維地圖與定位信息。通過對理論值與真實值的實驗結(jié)果分析，證明了運動估計和地圖創(chuàng)建與定位方案的可靠性。但該方案存

3、在累積誤差使得地圖發(fā)生變形且運算量大，故需要進(jìn)一步優(yōu)化。
　　針對上述問題，本文提出了基于關(guān)鍵幀的閉合環(huán)路檢測和基于關(guān)鍵幀的地圖創(chuàng)建與優(yōu)化的解決方案。在研究閉合路徑檢測前，對基于關(guān)鍵幀提取法和歐氏距離剔除法的簡單閉合路徑檢測方案進(jìn)行了改進(jìn)，并創(chuàng)新性提出了結(jié)合熵率、特征點對數(shù)與距離等綜合提取的方案，實驗在雷同與非雷同環(huán)境下驗證了提取關(guān)鍵幀技術(shù)的魯棒性；在研究閉合路徑檢測的基礎(chǔ)上，創(chuàng)新性提出基于歐氏距離剔除的閉合路徑檢測方法，并用特征

4、點對數(shù)作初步的閉合路徑檢測，后用幀間熵率與歐氏距離進(jìn)一步驗證分析，確保閉合路徑檢測的正確。實驗分析了簡單軌跡、復(fù)雜軌跡與多閉合路徑軌跡等情形下的閉合路徑檢測效果，保證了檢測的穩(wěn)定性與一致性。
　　最后在關(guān)鍵幀的閉合路徑檢測結(jié)果的基礎(chǔ)上，應(yīng)用隨機(jī)梯度下降（SGD，Stochastic Gradient Descent）的方法對地圖進(jìn)行優(yōu)化。并實驗分析了優(yōu)化前后基于關(guān)鍵幀地圖創(chuàng)建的各項指標(biāo)及創(chuàng)建效果，結(jié)果表明優(yōu)化提高了三維地圖創(chuàng)建與定