本文關(guān)鍵詞：基于結(jié)構(gòu)線條的視覺SLAM方法，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：同步定位與地圖構(gòu)建(SLAM:Simultaneous Localization and Mapping)是移動(dòng)機(jī)器人的重要研究題目,單目視覺SLAM則是近幾年的研究熱點(diǎn)。傳統(tǒng)的方法利用特征點(diǎn)或者特征線進(jìn)行SLAM。本文提出一種基于結(jié)構(gòu)線條的SLAM方法,利用周圍環(huán)境的結(jié)構(gòu)線條作為地圖特征�，F(xiàn)代建筑多符合曼哈頓假設(shè),即包含三個(gè)兩兩垂直的主導(dǎo)方向,位于主導(dǎo)方向上的線條稱為結(jié)構(gòu)線條。與傳統(tǒng)的特征線不同,結(jié)構(gòu)線條包含全局的結(jié)構(gòu)信息,能夠在每一步相機(jī)朝向的估計(jì)時(shí)做全局的限制,消除朝向估計(jì)的累積誤差,從而也減小了位置估計(jì)的誤差。本文首先介紹了SLAM技術(shù)的研究背景和現(xiàn)狀,然后介紹了計(jì)算機(jī)視覺和EKF-SLAM的相關(guān)原理,之后則詳述了本文提出的基于結(jié)構(gòu)線條SLAM的原理和方法。為了將結(jié)構(gòu)線條融合到EKF-SLAM的框架中,本文給出了結(jié)構(gòu)線條的參數(shù)化方法,觀測(cè)模型以及較為魯棒的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)方法。最后的實(shí)驗(yàn)部分則包括了一組模擬實(shí)驗(yàn)和兩組真實(shí)實(shí)驗(yàn)。模擬實(shí)驗(yàn)為25次蒙特卡洛實(shí)驗(yàn),真實(shí)實(shí)驗(yàn)則包括一組基于公開基準(zhǔn)測(cè)試平臺(tái)RAWSEEDS的大場(chǎng)景真實(shí)實(shí)驗(yàn)和一組基于手持相機(jī)的六自由度真實(shí)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了,與傳統(tǒng)方法相比甚至與時(shí)下先進(jìn)方法相比,本文的方法都有著明顯的優(yōu)勢(shì),消除了朝向估計(jì)的誤差,大大減小了位置估計(jì)的誤差。其中在RAWSEEDS的機(jī)器人平臺(tái)真實(shí)實(shí)驗(yàn)中,本文提出的方法在未采取任何閉環(huán)算法的情況下,967米的全程中可以達(dá)到1米以內(nèi)的精確度。
【關(guān)鍵詞】：單目視覺 同步定位與地圖構(gòu)建 室內(nèi)導(dǎo)航 曼哈頓世界假設(shè) 特征線
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TP391.41
【目錄】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-12
• 第一章 緒論12-17
• 1.1 選題背景和研究意義12-13
• 1.2 SLAM的相關(guān)研究現(xiàn)狀13-15
• 1.3 本文主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)構(gòu)安排15-17
• 第二章 計(jì)算機(jī)視覺相關(guān)原理17-29
• 2.1 齊次坐標(biāo)系17
• 2.2 點(diǎn)線面幾何17-19
• 2.2.1 二維的點(diǎn)面線17-18
• 2.2.2 三維的點(diǎn)面線18-19
• 2.3 相機(jī)成像模型19-23
• 2.4 消失點(diǎn)23-24
• 2.5 圖像中視覺特征的提取24-28
• 2.5.1 檢測(cè)特征點(diǎn)24-26
• 2.5.2 檢測(cè)特征線26-28
• 2.6 本章小結(jié)28-29
• 第三章 EKF-SLAM的基本原理和方法29-40
• 3.1 SLAM問題描述29-30
• 3.2 卡爾曼濾波和擴(kuò)展卡爾曼濾波30-33
• 3.2.1 卡爾曼濾波算法31-33
• 3.2.2 擴(kuò)展卡爾曼濾波算法33
• 3.3 EKF-SLAM實(shí)現(xiàn)框架33-39
• 3.3.1 概率地圖34-35
• 3.3.2 預(yù)測(cè)階段35-36
• 3.3.3 更新階段36-38
• 3.3.4 特征地標(biāo)初始化38-39
• 3.4 本章小結(jié)39-40
• 第四章 基于結(jié)構(gòu)線條的視覺SLAM的原理與實(shí)現(xiàn)方法40-57
• 4.1 結(jié)構(gòu)線條簡(jiǎn)介40-41
• 4.2 實(shí)現(xiàn)原理41-51
• 4.2.1 主導(dǎo)方向的確定41-42
• 4.2.2 結(jié)構(gòu)線條的初始化42-46
• 4.2.3 運(yùn)動(dòng)模型46-47
• 4.2.4 結(jié)構(gòu)線條的觀測(cè)模型47-48
• 4.2.5 擴(kuò)展卡爾曼濾波器的更新48-49
• 4.2.6 結(jié)構(gòu)線條的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)49-50
• 4.2.7 地圖管理50-51
• 4.3 實(shí)現(xiàn)方法51-56
• 4.3.1 MATLAB實(shí)現(xiàn)51-53
• 4.3.2 ROS實(shí)現(xiàn)53-56
• 4.4 本章小結(jié)56-57
• 第五章 實(shí)驗(yàn)與分析57-77
• 5.1 模擬實(shí)驗(yàn)57-62
• 5.1.1 實(shí)驗(yàn)描述57-58
• 5.1.2 結(jié)果分析58-61
• 5.1.3 實(shí)驗(yàn)小結(jié)61-62
• 5.2 基于基準(zhǔn)測(cè)試平臺(tái)的真實(shí)實(shí)驗(yàn)62-70
• 5.2.1 實(shí)驗(yàn)描述62-65
• 5.2.2 結(jié)果分析65-69
• 5.2.3 實(shí)驗(yàn)小結(jié)69-70
• 5.3 基于手持相機(jī)的真實(shí)實(shí)驗(yàn)70-75
• 5.3.1 實(shí)驗(yàn)描述70-71
• 5.3.2 結(jié)果分析71-75
• 5.3.3 實(shí)驗(yàn)小結(jié)75
• 5.4 本章小結(jié)75-77
• 結(jié)論和展望77-81
• 參考文獻(xiàn)81-85
• 附錄1 高斯分布與卡方分布85-88
• 附錄2 雅克比矩陣88-89
• 附錄3 線性方程組求解89-90
• 附錄4 旋轉(zhuǎn)矩陣、歐拉角、四元數(shù)90-92
• 致謝92-93
• 攻讀碩士學(xué)位期間已發(fā)表或錄用的論文93-95

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