融合一致球擴(kuò)展的RGBD-SLAM系統(tǒng)改進(jìn)研究.pdf

1、近年來，SLAM（Simultaneous Location and Mapping，同步定位與地圖構(gòu)建）系統(tǒng)已經(jīng)成為研究熱點(diǎn)之一，SLAM問題可以描述為：機(jī)器人在未知環(huán)境中從一個未知位置開始移動，在移動過程中根據(jù)位置估計和三維地圖進(jìn)行自身定位，同時在自身定位的基礎(chǔ)上建造增量式地圖，從而實現(xiàn)機(jī)器人的自主定位和導(dǎo)航[1]。實時三維地圖構(gòu)建能力是機(jī)器人得以自主執(zhí)行任務(wù)的基礎(chǔ)：使用隨身攜帶的傳感器，快速生成相關(guān)地圖，從而完成任務(wù)。本論文對基于

2、RGBD相機(jī)的SLAM系統(tǒng)進(jìn)行了研究，主要取得的研究成果如下：
　　1，深入分析了基于RGBD相機(jī)的SLAM系統(tǒng)的一般性框架。該框架主要由以下三部分組成：前端，基于RGBD相機(jī)的數(shù)據(jù)采集與點(diǎn)云序列配準(zhǔn)；后端，通過閉環(huán)檢測和圖像優(yōu)化對配準(zhǔn)結(jié)果進(jìn)行全局優(yōu)化；渲染，創(chuàng)建一幅3D（Three-Dimension，三維）占用概率圖來指導(dǎo)機(jī)器人進(jìn)行導(dǎo)航和完成任務(wù)。
　　2，對對應(yīng)觀測點(diǎn)的查找與匹配進(jìn)行了研究。對應(yīng)觀測點(diǎn)檢測是求解剛體變換

3、矩陣進(jìn)行一對點(diǎn)云配準(zhǔn)時會遇到的問題，為此可以在不同的點(diǎn)云上查找特征點(diǎn)并以此作為觀測點(diǎn)，而關(guān)于三維點(diǎn)云的特征檢測和特征描述子，目前并沒有比較好的算法。本文通過二維特征點(diǎn)間接獲得三維特征點(diǎn)。然后可以采用RANSAC（Random Sample Consensus，隨機(jī)采樣一致性）估計算法對匹配點(diǎn)對進(jìn)行懲罰。
　　3，實現(xiàn)了適用于RGBD-SLAM技術(shù)應(yīng)用背景下的一致球擴(kuò)展模塊。該模塊主要是利用點(diǎn)云的空間結(jié)構(gòu)特性對已檢測到的錯誤匹配點(diǎn)進(jìn)

4、行懲罰，對剩下的匹配點(diǎn)進(jìn)行有效地增量式擴(kuò)展，最終改善配準(zhǔn)結(jié)果。實驗結(jié)果表明該方法切實可行。
　　4，提出了CSE-RGBDSLAM（RGBD-SLAM System Combined with Corresponding Spheres，融合一致球擴(kuò)展的RGBD-SLAM）系統(tǒng)。當(dāng)場景紋理信息缺乏、運(yùn)動模糊或相似目標(biāo)物重復(fù)出現(xiàn)時，Kinect采集的圖像數(shù)據(jù)特征點(diǎn)較少導(dǎo)致錯誤的匹配結(jié)果，為此提出 CSE-RGBDSLAM系統(tǒng)。在該系