基于智能移動設(shè)備的雙側(cè)單目視覺里程計系統(tǒng)研究.pdf

1、智能移動設(shè)備已成為多數(shù)人生活中不可缺少的一部分，基于其當(dāng)前位置的應(yīng)用也有著廣泛的用途。室外環(huán)境下，其往往通過GPS等外源信號進(jìn)行定位，具有較高的精度和穩(wěn)定性，但在室內(nèi)，常見的定位方法往往需要預(yù)先放置外源信號。對于無外源信號的室內(nèi)定位問題，適用于此類場景的主要為慣性導(dǎo)航系統(tǒng)和視覺里程計系統(tǒng)，其中慣性導(dǎo)航系統(tǒng)在長時間運行時會產(chǎn)生較嚴(yán)重的漂移，相比之下，視覺里程計作為室內(nèi)定位和導(dǎo)航的方法則較為理想。
　　傳統(tǒng)的視覺里程計系統(tǒng)被設(shè)計用于無

2、人車等中大型平臺，本文則研究其在計算性能和傳感器均受限制的移動平臺的應(yīng)用，以往的單目視覺里程計算法在類似平臺運行時，專注于精度和實時性的提高，往往對環(huán)境有著較高的要求。此外，智能移動設(shè)備在硬件上具有前后攝像頭的特殊性，既與傳統(tǒng)的單目視覺里程計有所差異，也與雙目視覺里程計要求視場重合不同。本文借鑒了前人在實時視覺里程計導(dǎo)航、移動設(shè)備單目視覺里程計導(dǎo)航領(lǐng)域的相關(guān)研究，結(jié)合智能移動設(shè)備的實際硬件特點，研究了使用雙側(cè)攝像頭進(jìn)行雙側(cè)單目視覺里程計

3、系統(tǒng)的問題，相應(yīng)工作內(nèi)容和貢獻(xiàn)如下:
　　(1)提出了雙側(cè)單目視覺里程計系統(tǒng)的設(shè)計，通過同時利用智能移動設(shè)備雙側(cè)攝像頭，同時運行單目視覺里程計，搭建了軟硬件平臺，進(jìn)行了簡單的空間和時間對準(zhǔn)等工作，為后續(xù)工作打下了基礎(chǔ);
　　(2)結(jié)合實際運行環(huán)境，設(shè)計并完成了靜態(tài)圖片、視頻流和實際運行三組實驗，評估了SIFT、ORB及FAST特征在實際室內(nèi)環(huán)境下的性能和效果，選擇了合適的特征算法，以此完成了雙側(cè)單目視覺里程計系統(tǒng)的單目視覺里

4、程計部分;
　　(3)針對雙側(cè)單目視覺里程計系統(tǒng)運行中，出現(xiàn)的單側(cè)失效的情況，提出了通過協(xié)方差矩陣和速度估計檢測及評估單側(cè)視覺里程計運行狀態(tài)的方法，在單側(cè)故障時，提出了在保證輸出不發(fā)生跳變的情況下故障側(cè)重啟和重新恢復(fù)輸出的方法。設(shè)計并進(jìn)行了走廊直線、垂直軸向直線及室內(nèi)閉環(huán)三組實驗驗證了相關(guān)方法，實驗結(jié)果證明該方法切實提高了視覺里程計系統(tǒng)的魯棒性;
　　(4)針對雙側(cè)單目視覺里程計系統(tǒng)正常運行時，使用卡爾曼濾波，對雙側(cè)正常運行

5、的單目視覺里程計的輸出進(jìn)行融合，提出并分析了相應(yīng)模型。此外，設(shè)計并進(jìn)行了走廊直線、垂直軸向及室內(nèi)閉環(huán)三組實驗，并對各自的結(jié)果誤差進(jìn)行了對比和分析，驗證了融合輸出后，雙側(cè)單目視覺里程計系統(tǒng)切實提高了室內(nèi)視覺里程計系統(tǒng)的精度，降低了誤差。
　　通過理論和實際實驗驗證，在室內(nèi)環(huán)境不理想的情況下，本文提出的基于雙側(cè)攝像頭的雙側(cè)單目視覺里程計算法在基于智能移動設(shè)備硬件的基礎(chǔ)上，顯著提高了室內(nèi)視覺里程計系統(tǒng)的魯棒性，而在環(huán)境較為理想時，則提高