本文關(guān)鍵詞：基于Kinect的視覺(jué)同步定位與建圖研究

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【摘要】：智能移動(dòng)機(jī)器人要求能夠在環(huán)境中自我導(dǎo)航與定位,而同步定位和建圖(SLAM)被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)移動(dòng)機(jī)器人完全自主移動(dòng)的關(guān)鍵。近幾年,智能移動(dòng)家庭服務(wù)機(jī)器人的研發(fā)和應(yīng)用成為研究熱點(diǎn),為了實(shí)現(xiàn)諸如室內(nèi)物體識(shí)別和抓取等高級(jí)功能,這類(lèi)應(yīng)用往往需要獲取環(huán)境的帶有紋理色彩特征的三維地圖。以Kinect為代表的RGB-D類(lèi)攝像頭能夠同時(shí)獲取環(huán)境場(chǎng)景的圖像和深度數(shù)據(jù),因而被廣泛的應(yīng)用于室內(nèi)環(huán)境三維建圖。目前已有的使用RGB-D類(lèi)傳感器的SLAM方案大多由圖像處理前端和位姿優(yōu)化后端組成。本文在已有方案的基礎(chǔ)上,對(duì)影響SLAM系統(tǒng)效果的關(guān)鍵性環(huán)節(jié)進(jìn)行了研究與分析。在圖像處理前端部分,深度數(shù)據(jù)的系統(tǒng)誤差會(huì)極大的影響圖像運(yùn)動(dòng)估計(jì)的準(zhǔn)確性,而在圖像后端部分,優(yōu)化圖中邊約束力的分配以及閉環(huán)檢測(cè)的準(zhǔn)確性則對(duì)整個(gè)優(yōu)化效果非常重要�？紤]到RGB-D傳感器獲取的深度數(shù)據(jù)誤差隨著距離增大而變大,本文將深度信息綁定到RANSAC三維配準(zhǔn)中,通過(guò)提高近距離點(diǎn)在RANSAC內(nèi)點(diǎn)統(tǒng)計(jì)時(shí)的權(quán)重分配,并且根據(jù)深度距離動(dòng)態(tài)調(diào)整內(nèi)點(diǎn)判定閾值從而增加遠(yuǎn)距離點(diǎn)成為內(nèi)點(diǎn)的概率,提高了幀間運(yùn)動(dòng)估計(jì)的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。對(duì)于優(yōu)化后端,本文通過(guò)度量運(yùn)動(dòng)估計(jì)的精度來(lái)計(jì)算邊的信息矩陣,合理分配優(yōu)化圖中位姿約束邊的權(quán)重,同時(shí)提出了錯(cuò)誤閉環(huán)剔除模型,改善優(yōu)化效果。本文最后在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行了室內(nèi)三維建圖實(shí)驗(yàn),檢驗(yàn)整個(gè)RGB-D SLAM系統(tǒng)的可行性,同時(shí)利用公開(kāi)數(shù)據(jù)集進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn),驗(yàn)證了動(dòng)態(tài)的RANSAC三維配準(zhǔn),信息矩陣計(jì)算模型以及錯(cuò)誤閉環(huán)剔除模型能夠提高SLAM系統(tǒng)效果。
【關(guān)鍵詞】：Kincet RGB-D SLAM RANSAC 圖優(yōu)化
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TP391.41
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 緒論8-16
• 1.1 課題研究背景與意義8-9
• 1.2 視覺(jué)SLAM主要研究?jī)?nèi)容9-11
• 1.3 移動(dòng)機(jī)器人Visual SLAM研究現(xiàn)狀11-14
• 1.3.1 基于濾波的Visual SLAM研究方法11-12
• 1.3.2 基于圖優(yōu)化的Visual SLAM研究方法12-13
• 1.3.3 Visual SLAM中傳感器的分類(lèi)13-14
• 1.4 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析14-15
• 1.5 論文主要研究?jī)?nèi)容15-16
• 第2章 基于Kinect的視覺(jué)感知系統(tǒng)設(shè)計(jì)16-25
• 2.1 引言16
• 2.2 基于Kinect的視覺(jué)系統(tǒng)分析16-19
• 2.2.1 Kinect視覺(jué)平臺(tái)16-17
• 2.2.2 Kinect圖像獲取方法17-19
• 2.3 基于Kinect的視覺(jué)標(biāo)定方法19-22
• 2.4 基于Kinect的深度數(shù)據(jù)處理方法22-24
• 2.5 本章小結(jié)24-25
• 第3章 圖像特征提取匹配與運(yùn)動(dòng)估計(jì)方法25-40
• 3.1 引言25
• 3.2 圖像特征的提取方法25-29
• 3.2.1 視覺(jué)SLAM的需求分析25-26
• 3.2.2 視覺(jué)SLAM點(diǎn)特征提取與描述算法分析26-28
• 3.2.3 特征提取算法簡(jiǎn)單實(shí)驗(yàn)對(duì)比分析28-29
• 3.3 圖像特征的精確匹配方法29-34
• 3.3.1 圖像特征點(diǎn)的匹配原理29-31
• 3.3.2 圖像特征點(diǎn)錯(cuò)誤匹配剔除算法31-34
• 3.4 運(yùn)動(dòng)估計(jì)方法設(shè)計(jì)與分析34-39
• 3.4.1 圖像特征點(diǎn)三維點(diǎn)集配準(zhǔn)方法34-36
• 3.4.2 綁定深度信息的RANSAC三維點(diǎn)配準(zhǔn)算法36-37
• 3.4.3 運(yùn)動(dòng)估計(jì)對(duì)比實(shí)驗(yàn)37-39
• 3.5 本章小結(jié)39-40
• 第4章 機(jī)器人位姿的全局優(yōu)化方法40-55
• 4.1 引言40
• 4.2 關(guān)鍵幀（Keyframes）處理40-42
• 4.3 閉環(huán)檢測(cè)（ Loop closure detection）方法分析42-45
• 4.3.1 閉環(huán)檢測(cè)實(shí)施流程42-44
• 4.3.2 錯(cuò)誤閉環(huán)剔除模型44-45
• 4.4 全局位姿圖優(yōu)化（ Graph Optimization）方法45-53
• 4.4.1 RGBD SLAM圖優(yōu)化模型建立45-47
• 4.4.2 圖優(yōu)化的理論求解推導(dǎo)47-49
• 4.4.3 幀間約束信息矩陣的確定49-52
• 4.4.4 圖優(yōu)化的實(shí)現(xiàn)52-53
• 4.5 地圖創(chuàng)建53-54
• 4.6 本章小結(jié)54-55
• 第5章 系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)與分析55-63
• 5.1 引言55
• 5.2 基于Kinect的RGBD SLAM室內(nèi)實(shí)驗(yàn)分析55-59
• 5.2.1 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)介紹55-56
• 5.2.2 室內(nèi)真實(shí)環(huán)境實(shí)驗(yàn)分析56-59
• 5.3 基于基準(zhǔn)數(shù)據(jù)（Benchmark Datasets）的實(shí)驗(yàn)評(píng)估59-62
• 5.3.1 RGBD基準(zhǔn)數(shù)據(jù)集與準(zhǔn)確性評(píng)估方法59-61
• 5.3.2 不同特征提取算法SLAM效果對(duì)比61
• 5.3.3 動(dòng)態(tài)RANSAC與信息矩陣模型效果檢驗(yàn)61-62
• 5.4 本章小結(jié)62-63
• 結(jié)論63-65
• 參考文獻(xiàn)65-70
• 致謝70

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本文編號(hào)：708567