基于單目視覺的移動(dòng)機(jī)器人同時(shí)定位和地圖構(gòu)建.pdf

1、實(shí)現(xiàn)移動(dòng)機(jī)器人的自主導(dǎo)航是移動(dòng)機(jī)器人研究領(lǐng)域的一個(gè)熱門問題。移動(dòng)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(shí)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(shì)，因此，研究如何利用單目視覺傳感器進(jìn)行移動(dòng)機(jī)器人同時(shí)定位與地圖構(gòu)建，具有很重要的意義。
　　 本文對(duì)基于單目視覺傳感器的同時(shí)定位和地圖構(gòu)建進(jìn)行了深入研究。首先介紹了移動(dòng)機(jī)器人同時(shí)定位和地圖構(gòu)建的問題描述、研究難點(diǎn)和主

2、要方法，對(duì)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(duì)基于單目視覺的同時(shí)定位和地圖構(gòu)建系統(tǒng)的原理進(jìn)行了分析，設(shè)計(jì)了一個(gè)以里程計(jì)作為控制輸入，單目視覺獲取的圖像信息作為觀測(cè)的SLAM系統(tǒng)框架，整個(gè)系統(tǒng)包括視覺跟蹤模塊、路標(biāo)延遲初始化模塊、地圖庫(kù)管理模塊以及SLAM算法模塊；然后對(duì)里程計(jì)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(duì)整個(gè)系統(tǒng)的各個(gè)模塊進(jìn)行了詳細(xì)的分析設(shè)計(jì)。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(diǎn)對(duì)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(cè)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(gè)范圍時(shí)就將其作為有效的路標(biāo)加入地圖庫(kù)。地圖庫(kù)管理模塊用來快速地搜索和匹配路標(biāo)，以及有效地檢測(cè)閉環(huán)。SLAM模塊采用FastSLAM算法利用里程計(jì)的預(yù)測(cè)信息和攝像頭的觀測(cè)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