基于RGB-D的室內(nèi)三維SLAM研究.pdf

1、近年來，隨著機(jī)器人技術(shù)的不斷發(fā)展，越來越多的機(jī)器人開始走進(jìn)人們的視野。移動(dòng)服務(wù)機(jī)器人作為一類能為人們生活提供便利的機(jī)器人也在機(jī)器人技術(shù)前進(jìn)的潮流中應(yīng)運(yùn)而生，這種機(jī)器人一個(gè)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(jī)器人面對(duì)一個(gè)未知的環(huán)境，在進(jìn)行自定位的同時(shí)建立對(duì)周圍環(huán)境的描述是一個(gè)“雞生蛋，蛋生雞”的問題，該問題被稱為同時(shí)定位與地圖創(chuàng)建(Simultaneous Localization And Mapping，SLAM)

2、，它也是機(jī)器人執(zhí)行其他高級(jí)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(jī)進(jìn)行三維地圖創(chuàng)建也成了SLAM領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)并顯現(xiàn)出很多優(yōu)勢(shì)。本文基于RGB-D傳感器設(shè)計(jì)了一個(gè)適于室內(nèi)環(huán)境的同時(shí)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(duì)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(jì)的SLAM系統(tǒng)包括兩個(gè)主要部分:第一部分通過視覺里程計(jì)技

3、術(shù)的幀間對(duì)齊算法估計(jì)相機(jī)的連續(xù)位姿用于局部優(yōu)化及閉環(huán)檢測(cè)，第二部分通過閉環(huán)檢測(cè)得到訪問同一場(chǎng)景的空間約束來改進(jìn)估計(jì)位姿之間的不一致。本文主要內(nèi)容如下:
　　首先，本文對(duì)基于RGB-D傳感器的視覺里程計(jì)進(jìn)行了研究，針對(duì)傳統(tǒng)位姿變換計(jì)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(diǎn)提取、改進(jìn)隨機(jī)點(diǎn)選取及內(nèi)點(diǎn)計(jì)數(shù)方法的隨機(jī)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(jì)了一種多算法級(jí)聯(lián)的視覺里程計(jì)算法，實(shí)驗(yàn)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(jī)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(cè)，同時(shí)，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(jī)觀測(cè)到的點(diǎn)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(píng)測(cè)視覺SLAM的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)集以及真實(shí)室內(nèi)環(huán)境對(duì)本文系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，通過對(duì)比不同方法的準(zhǔn)確性、實(shí)時(shí)性、魯棒性驗(yàn)證本文SLA