基于單目視覺的移動機(jī)器人同時定位和地圖構(gòu)建.pdf

1、實現(xiàn)移動機(jī)器人的自主導(dǎo)航是移動機(jī)器人研究領(lǐng)域的一個熱門問題。移動機(jī)器人自主導(dǎo)航的關(guān)鍵是在未知的環(huán)境中能夠自主定位，而解決自主定位的關(guān)鍵就是同時定位和地圖構(gòu)建。視覺傳感器能獲得直觀和豐富的環(huán)境信息，而且具有低成本的優(yōu)勢，因此，研究如何利用單目視覺傳感器進(jìn)行移動機(jī)器人同時定位與地圖構(gòu)建，具有很重要的意義。
　　 本文對基于單目視覺傳感器的同時定位和地圖構(gòu)建進(jìn)行了深入研究。首先介紹了移動機(jī)器人同時定位和地圖構(gòu)建的問題描述、研究難點和主

2、要方法，對擴(kuò)展卡爾曼濾波方法和FastSLAM方法進(jìn)行了詳細(xì)介紹；接著對基于單目視覺的同時定位和地圖構(gòu)建系統(tǒng)的原理進(jìn)行了分析，設(shè)計了一個以里程計作為控制輸入，單目視覺獲取的圖像信息作為觀測的SLAM系統(tǒng)框架，整個系統(tǒng)包括視覺跟蹤模塊、路標(biāo)延遲初始化模塊、地圖庫管理模塊以及SLAM算法模塊；然后對里程計和視覺傳感器建立了數(shù)學(xué)模型并分析了其不確定性；之后對整個系統(tǒng)的各個模塊進(jìn)行了詳細(xì)的分析設(shè)計。視覺跟蹤模塊采用SIFT算法進(jìn)行環(huán)境特征提取與

3、匹配，以獲得匹配的圖像點對以便于新特征的延遲初始化和已有路標(biāo)的更新。延遲初始化模塊采用直接線性三角測量獲得新特征的三維坐標(biāo)，并采用Unscented變換處理不確定性信息，當(dāng)新特征的不確定性低于某個范圍時就將其作為有效的路標(biāo)加入地圖庫。地圖庫管理模塊用來快速地搜索和匹配路標(biāo)，以及有效地檢測閉環(huán)。SLAM模塊采用FastSLAM算法利用里程計的預(yù)測信息和攝像頭的觀測信息進(jìn)行機(jī)器人位姿和路標(biāo)位置的更新，從而創(chuàng)建出更精確的地圖。三維重建的結(jié)果顯