基于RGB-D的室內(nèi)三維SLAM研究.pdf

1、近年來，隨著機器人技術(shù)的不斷發(fā)展，越來越多的機器人開始走進(jìn)人們的視野。移動服務(wù)機器人作為一類能為人們生活提供便利的機器人也在機器人技術(shù)前進(jìn)的潮流中應(yīng)運而生，這種機器人一個重要的能力是要能理解周圍環(huán)境并確定自身在環(huán)境中的位置。當(dāng)機器人面對一個未知的環(huán)境，在進(jìn)行自定位的同時建立對周圍環(huán)境的描述是一個“雞生蛋，蛋生雞”的問題，該問題被稱為同時定位與地圖創(chuàng)建(Simultaneous Localization And Mapping，SLAM)

2、，它也是機器人執(zhí)行其他高級任務(wù)如未知領(lǐng)域探索、自主導(dǎo)航等的必要基礎(chǔ)。
　　由于近來新型傳感器的相繼問世，使用RGB-D相機進(jìn)行三維地圖創(chuàng)建也成了SLAM領(lǐng)域的研究熱點并顯現(xiàn)出很多優(yōu)勢。本文基于RGB-D傳感器設(shè)計了一個適于室內(nèi)環(huán)境的同時定位與地圖創(chuàng)建系統(tǒng)，該系統(tǒng)遵循視覺SLAM系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)流程并對其中的技術(shù)進(jìn)行了改進(jìn)，使其盡可能準(zhǔn)確地重建出室內(nèi)環(huán)境的三維模型。
　　所設(shè)計的SLAM系統(tǒng)包括兩個主要部分:第一部分通過視覺里程計技

3、術(shù)的幀間對齊算法估計相機的連續(xù)位姿用于局部優(yōu)化及閉環(huán)檢測，第二部分通過閉環(huán)檢測得到訪問同一場景的空間約束來改進(jìn)估計位姿之間的不一致。本文主要內(nèi)容如下:
　　首先，本文對基于RGB-D傳感器的視覺里程計進(jìn)行了研究，針對傳統(tǒng)位姿變換計算方法的缺陷進(jìn)行了改進(jìn)，包括區(qū)域最大值限制的特征點提取、改進(jìn)隨機點選取及內(nèi)點計數(shù)方法的隨機采樣一致性以及雙向優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，并利用改進(jìn)的算法設(shè)計了一種多算法級聯(lián)的視覺里程計算法，實驗結(jié)果表明該算法具有較高的

4、準(zhǔn)確度和魯棒性。
　　其次，本文利用關(guān)鍵幀提取技術(shù)在相機的連續(xù)位姿中提取關(guān)鍵幀，并依靠關(guān)鍵幀序列進(jìn)行閉環(huán)檢測，同時，基于圖優(yōu)化的局部子地圖及全局地圖優(yōu)化方法能夠進(jìn)一步減小不同位姿間的誤差，獲取更準(zhǔn)確的位姿，依據(jù)該位姿序列將相機觀測到的點云信息轉(zhuǎn)換到全局坐標(biāo)系下，由此構(gòu)建出全局一致性的三維地圖。
　　最后，使用評測視覺SLAM的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)集以及真實室內(nèi)環(huán)境對本文系統(tǒng)進(jìn)行實驗，通過對比不同方法的準(zhǔn)確性、實時性、魯棒性驗證本文SLA