【摘要】：同時(shí)定位與建圖(SLAM)對機(jī)器人實(shí)現(xiàn)自主導(dǎo)航任務(wù)有重要的研究意義。本文在基于視覺SLAM的三維地圖構(gòu)建及應(yīng)用方面做的研究如下:針對目前在移動(dòng)機(jī)器人領(lǐng)域主要構(gòu)建二維地圖,無法在復(fù)雜的室內(nèi)場景下獲取比如門、桌子、椅子、線纜等物體的三維信息,進(jìn)而影響導(dǎo)航任務(wù)的問題,本文采用RGB-D SLAM估測機(jī)器人位姿的同時(shí)構(gòu)建出周圍環(huán)境的OctoMap地圖。針對原始的OctoMap地圖中由于噪聲等因素的影響存在離群點(diǎn)的問題,本文提出基于K-最近鄰和高斯分布的離群點(diǎn)剔除算法剔除地圖中的離群點(diǎn),從而構(gòu)建出更加精確的OctoMap地圖,為機(jī)器人的精確導(dǎo)航奠定基礎(chǔ)。本文用TurtleBot機(jī)器人在實(shí)驗(yàn)室和走廊環(huán)境中使用提出的基于K-最近鄰和高斯分布的離群點(diǎn)剔除算法構(gòu)建出OctoMap地圖,與原始算法構(gòu)建的OctoMap地圖相比,本文算法可以有效剔除影響導(dǎo)航任務(wù)的離群點(diǎn),得到更加精確的OctoMap 地圖。針對經(jīng)典的單目SLAM方案:ORB-SLAM,在構(gòu)建三維點(diǎn)云地圖過程中通過直接線性三角化算法求取地圖點(diǎn)不夠精確的問題,本文提出使用迭代三角化算法,求取出更加精確的地圖點(diǎn),從而為ORB-SLAM建立更加精確的地圖以及應(yīng)用于機(jī)器人的三維導(dǎo)航奠定基礎(chǔ)。實(shí)驗(yàn)采用TUM和KITTI數(shù)據(jù)集,基于ORB-SLAM使用本文迭代三角化算法求取出的地圖點(diǎn),與直接線性三角化算法求取結(jié)果相比,獲得的地圖點(diǎn)的重投影誤差更小。此外在實(shí)驗(yàn)室場景用OptiTrack系統(tǒng)記錄了單目相機(jī)的真實(shí)軌跡和靜態(tài)標(biāo)記點(diǎn)的真實(shí)位置,將本文算法和原始算法估測出的地圖點(diǎn)的三維坐標(biāo)和OptiTrack系統(tǒng)記錄的真實(shí)坐標(biāo)進(jìn)行對比,進(jìn)一步證明了本文提出的迭代三角化算法估計(jì)出的地圖點(diǎn)位置誤差更小,地圖點(diǎn)更加精確。
【圖文】：

景進(jìn)行選擇。逡逑１．３邋ＳＬＡＭ在機(jī)器人領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀逡逑如圖１．２所示，ＳＬＡＭ技術(shù)在智能家居、救援、軍事、海底探測、無人駕駛、逡逑無人機(jī)、ＡＲ等領(lǐng)域己經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，尤其是近年來視覺ＳＬＡＭ在移動(dòng)機(jī)器逡逑人、無人駕駛領(lǐng)域可謂如沐春風(fēng)。逡逑海底勘探％５８安保巡檢逡逑軍事釀髓逡逑ＡＲ邐無人機(jī)逡逑＜邋１逡逑圖１．２邋ＳＬＡＭ及相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域逡逑掃地機(jī)器人近年受到了市場的認(rèn)可，其成功離不開ＳＬＡＭ的發(fā)展。圖１．３逡逑所示的掃地機(jī)器人，使用普通的單目相機(jī)作為傳感器，通過視覺ＳＬＡＭ算法實(shí)逡逑時(shí)定位，并精確地繪制室內(nèi)地圖，規(guī)劃出清掃或充電的最優(yōu)路徑，，然后根據(jù)地圖逡逑實(shí)時(shí)進(jìn)行定位，完成整個(gè)清掃任務(wù)，從而解放人力。逡逑４逡逑

谷歌公司是最早開展無人駕駛的公司之一，也是目前全球無人駕駛的領(lǐng)軍逡逑者。圖１．５的谷歌無人車使用了融合激光雷達(dá)和視覺信息的ＳＬＡＭ方法，能夠?qū)嶅义蠒r(shí)生成周圍環(huán)境的地圖信息，并結(jié)合ＧＰＳ－慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，在整個(gè)無人駕駛過程逡逑中實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位。值得一提的是，Ｇｏｏｇｌｅ開源了邋Ｃａｒｔｏｇｒａｐｈｅｒ的ＳＬＡＭ庫以及逡逑相關(guān)的Ｌｉｄａｒ和ＩＭＵ數(shù)據(jù)。Ｃａｒｔｏｇｒａｐｈｅｒ融合了激光、相機(jī)、慣性元件等多種傳逡逑感器的信息，從而可以迅速精確地構(gòu)建出周圍的環(huán)境，實(shí)現(xiàn)精確定位。谷歌的無逡逑人駕駛發(fā)展迅速，截止２０１８年１０月，谷歌無人車己經(jīng)成功完成了邋１０００萬英里逡逑
【學(xué)位授予單位】：杭州電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TP242;P283

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 曹美會(huì);鮮斌;張旭;文曦;;基于視覺的四旋翼無人機(jī)自主定位與控制系統(tǒng)[J];信息與控制;2015年02期

2 佟帥;徐曉剛;易成濤;邵承永;;基于視覺的三維重建技術(shù)綜述[J];計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究;2011年07期

本文編號(hào)：2629902