基于语义信息的SLAM特征提取方法研究

视觉SLAM技术是无人驾驶技术中的关键一环,可以为无人车提供环境地图信息以及精确的位置信息。直接使用传统的特征提取算法而不加改进,不利于视觉SLAM系统的位姿解算。基于语义分割对视觉SLAM技术中特征提取的环节进行了优化,使其特征点分布更加均匀,有利于无人车进行更加准确的位姿估计,并设计实验对方法的有效性进行了验证。实验结果表明：采用改进的方法有利于视觉SLAM系统进行更准确的定位和地图构建。     

移动机器人RGB-D视觉SLAM算法

针对移动机器人视觉同步定位以及地图构建(Simultaneous localization and mapping,SLAM)研究中存在精确度较低、实时性较差等问题,提出了一种用于移动机器人的RGB-D视觉SLAM算法。首先利用定向二进制简单描述符(Oriented fast and rotated brief,ORB)算法提取RGB图像的特征点,通过基于快速近似最邻近(Fast library for approximate nearest neighbors,FLANN)的双向邻近(K-nearest neighbor,KNN)特征匹配方法得到匹配点对集合,利用改进后的随机抽样一致性(Re-estimate random sample consensus,RE-RANSAC)算法剔除误匹配点,估计得到相邻图像间的6D运动变换模型,然后利用广义迭代最近点(Generalized iterative closest point,GICP)算法得到优化后的运动变换模型,进而求解得到相机位姿。为提高定位精度,引入随机闭环检测环节,减少了机器人定位过程中的累积误差,并采用全局图优化(General graph optimization,G2O)方法对相机位姿图进行优化,得到全局最优相机位姿和相机运动轨迹;最终通过点云拼接生成全局彩色稠密点云地图。针对所测试的FR1数据集,本文算法的最小定位误差为0.011 m,平均定位误差为0.024 5 m,每帧数据平均处理时间为0.032 s,满足移动机器人快速定位建图的需求。     

基于激光雷达与深度相机融合的SLAM算法

针对单一传感器地图构建时存在环境表征不充分，无法为移动机器人自主导航提供完整环境地图等问题，本文通过将激光雷达与深度相机获取的环境信息进行互补融合，构建出更完整精确的栅格地图。首先，对传统ORB-SLAM2算法进行增强，使其具备稠密点云地图构建、八叉树地图构建以及栅格地图构建等功能。其次，为验证增强后ORB-SLAM2算法的性能，在fr1＿desk1数据集和真实场景下进行测试，数据显示增强后ORB-SLAM2算法绝对位姿误差降低52.2%,相机跟踪轨迹增长14.7%,定位更加精准。然后，D435i型深度相机采用增强型ORB-SLAM2算法，激光雷达采用的Gmapping-Slam算法，按照贝叶斯估计的规则进行互补融合构建全局栅格地图。最后，搭建实验平台进行验证，并分别与深度相机和激光雷达2个传感器建图效果进行对比。实验结果表明，本文融合算法对周围障碍物的识别能力更强，可获取更完整的环境信息，地图构建更加清晰精确，满足移动机器人导航与路径规划的需要。     

VSLAM中图像特征提取及优化

机器视觉在各行各业应用越来越广,机器视觉中SLAM领域也得到了快速的发展,SLAM主要是利用多种传感器对机器人所处环境进行地图构建,对于SLAM中的VSLAM而言,主要是通过相机进行数据采集,然后进行后续分析,实现实时定位和地图构建。本文主要对VSLAM前期采集到的特征点匹配进行匹配优化,以此来提高特征点匹配的准确程度,对于后续地图构建提供更为准确的数据。     

基于ROS系统的SLAM视觉智能勘察小车

针对智能移动机器人在执行室内任务或者存在遮挡情况时,可能会出现机器人自主定位不准确和区域位置难以识别等问题,项目小组设计了一款基于ROS系统的SLAM视觉智能勘察小车.利用激光雷达和深度相机,实现小车对环境数据的采集,通过ROS系统来对智能小车进行环境的模拟和仿真;并通过激光雷达和深度相机所采集的数据来对智能小车所处的...     

基于区间分析无迹粒子滤波的移动机器人SLAM方法

移动机器人同时定位与地图创建算法SLAM中,非线性系统线性化处理和雅可比矩阵计算导致运算量大、系统状态估计精度较低.为此提出了一种基于区间分析的无迹粒子滤波同时定位与地图创建的方法.利用基于区间分析的区间粒子滤波进行位姿估计,降低了定位需要的粒子数;并采用无迹卡尔曼滤波更新地图中的特征,提高了地图创建的精度.在同等粒子数的情况下,改进了SLAM的精度,减少了运算时间,实验结果验证了方法的有效性.     

移动机器人视觉里程计技术研究综述

随着移动机器人技术不断发展,里程计技术已经成为移动机器人实现环境感知的关键技术,其发展水平对提高机器人的自主化和智能化具有重要意义。首先,系统阐述了同步定位与地图构建(Simultaneous localization and mapping, SLAM)中激光SLAM和视觉SLAM的发展近况,阐述了经典SLAM框架及其数学描述,简要介绍了3类常见相机的相机模型及其视觉里程计的数学描述。其次,分别对传统视觉里程计和深度学习里程计的研究进展进行系统阐述。对比分析了近10年来各类里程计算法的优势与不足。另外,对比分析了7种常用数据集的性能。最后,从精度、鲁棒性、数据集、多模态等方面总结了里程计技术面临的问题,从提高算法实时性、鲁棒性等方面展望了视觉里程计的发展趋势为：更加智能化、小型化新型传感器的发展;与无监督学习融合;语义表达技术的提高;集群机器人协同技术的发展。     

基于改进A*算法的果园移动机器人建图定位与路径规划方法与试验

为实现果园移动机器人室外自主导航,对机器人建图定位和路径规划进行研究.在建图与定位方面,提出一种紧耦合激光—惯性里程计方法,通过匹配提取到的关键帧点云线面特征来完成机器人的位姿估计与地图构建,将处理过的不同传感器的测量信息融入因子图进行优化得到全局一致位姿,运用滑动窗口的方法保证系统实时性,对历史关键帧进行边缘化处理以...     

移动机器人SLAM的系统建模研究

移动机器人同时定位与地图构建（SLAM）实现的过程,需要设计相关的系统模型,文章描述了二维空间SLAM过程的系统模型,其中包括坐标系统模型、环境地图模型、机器人位置模型、机器人运动模型、传感器观测模型以及环境特征的增广模型,为SLAM过程的实现提供借鉴。     

基于改进ORB_SLAM2的机器人视觉导航方法

提出了一种基于改进ORB_SLAM2的视觉导航方法。针对ORB_SLAM2构建的稀疏地图信息不充分、缺少占据信息、复用性差而无法直接用于导航的问题,对ORB_SLAM2算法进行了改进,融合环境的3D、2D占据特征以及路标点空间位置、视觉特征等多模态信息构建了包含定位、规划、交互图层的多图层地图以支撑机器人的精准定位和最优路径规划;针对机器人的自主导航任务,基于先验多图层地图建立约束进行机器人的位姿估计,融合运动约束进行机器人位姿优化,实现了基于先验地图的机器人精准定位,同时基于规划图层进行机器人的最优路径规划,提升了机器人的自主导航能力。在TUM数据集及北京鹫峰国家森林公园进行实验,结果表明：所构建的多图层地图提升了机器人定位的精度和效率,性能明显优于RGB-D SLAM;基于先验地图的视觉定位方法能够进行机器人移动过程中精准、实时地定位,助力机器人按照所规划的路径实现准确的自主导航。     

基于SLAM与声源定位的农业大棚服务系统

针对农业蔬菜大棚,设计了一套基于SLAM与声源定位的农业大棚服务系统,该系统利用采集到的图像数据并结合声波采集装置与其他外围传感器,利用数据融合与实时地图构建技术构建三维信息,从而为无人巡检与植保维护提供技术支持.该系统利用占据栅格地图模型、几何地图模型和拓扑地图模型等模型将数据整合,通过提供棚内高精度定位、多环境下避...     

基于自适应阈值ORB特征提取的果园双目稠密地图构建

针对果园阴暗光照条件下图像特征点匹配数量少、易丢失以及点云稀疏问题,对ORB-SLAM2算法进行了改进,提出了基于自适应阈值ORB特征点提取的果园双目三维地图稠密建图算法。首先在跟踪线程中提出一种自适应阈值的FAST角点提取方法,通过计算不同光照下图像平均像素求解阈值,对左右目图像提取ORB特征,增加了不同光照条件下的特征点匹配数量;然后根据特征点估计相机位姿完成局部地图跟踪,对跟踪线程产生的关键帧地图点进行BA优化完成局部地图构建。在原有算法基础上添加了基于ZED-stereo型相机双目深度融合的稠密建图模块,对左右目关键帧进行特征匹配获得图像对,利用图像对求解深度信息获取地图点,经过深度优化获取相机位姿,根据相机位姿进行局部点云的构建与拼接,最终对获得的点云地图进行全局BA优化,构建果园三维稠密地图。在KITTI数据集序列上进行测试,本文所改进的ORB-SLAM2算法的绝对轨迹误差更加收敛,轨迹误差标准差在00和07序列分别下降60.5%和62.6%,在其他序列上也有不同程度下降,表明本文算法定位精度较原始算法有所提高。不同光照环境下进行算法性能测试,结果表明本文算法较原始算法能更好地适应不同光照条件,在较强光照、正常光照、偏弱光照和阴雨天气下特征点平均匹配数量增加5.32%、4.53%、8.93%、12.91%。进行果园直线和稠密建图试验,结果表明直线行驶偏航角更加收敛,定位精确度高,关键帧提取数量较原始算法下降2.86%、平均跟踪时间减少39.3%;稠密建图效果好,能够很好地反映机器人位姿和果园真实环境信息,满足果园三维稠密点云地图构建需求,可为果园机器人导航路径规划提供支持。     

基于AprilTag的视觉二次定位

移动机器人使用激光SLAM建图并导航之后,往往会因为地图的误差和移动机器人本身硬件的误差,导航结束时移动机器人的位置与目标点还有一段距离.针对这个问题,研究小组提出了一种基于AprilTag识别的二次定位方法,在目标点地面贴上AprilTag的标志,当移动机器人导航结束时,开启摄像头识别AprilTag并计算移动机器人...     

果园机器人LiDAR/IMU紧耦合实时定位与建图方法

针对果园环境中GNSS定位信号易丢失和传统SLAM算法鲁棒性较差的问题，本文提出一种基于LiDAR/IMU紧耦合框架的全局无偏状态估计果园机器人定位与建图方法。LiDAR/IMU紧耦合框架基于因子图进行多源约束的IMU里程计构建，实时输出高频位姿信息，IMU里程计因子和预积分因子优化LiDAR里程计并提供位姿先验约束IMU零偏。引入局部点云地图参与特征点云粗匹配和非特征点云递进式匹配进一步稠密化源点云，改善LiDAR里程计的性能。融合GPS信号与LiDAR/IMU紧耦合框架的地图构建，能够得到准确且高频连续的位姿信息，提高点云地图的复用率。在果园和苗木等场景验证了该算法的性能，实验结果表明，与LIO-SAM等算法相比，定位精度维持在0.05 m左右，均方根误差为0.016 2 m。本文算法使机器人具有更高的精度、实时性和鲁棒性，有效降低了系统累积误差，保证了所构建地图的全局一致性。     

基于ROS的室内自主导航移动机器人的研制

【目的】解决传统AGV机器人体积大、成本高、受限于固定路径等问题。【方法】本研究提出了一种以低成本、轻量化和结构简单为设计理念的室内移动机器人。为了降低制造成本确定了机器人的整体结构,双驱动电机与福来轮组成三轮结构。机器人采用基于ROS系统的控制方案、上位机与下位机结合的控制方式,使用激光雷达作为SLAM的传感器并用磁编码器作为里程计。本研究深入分析了A*全局规划算法,并提出了改进的A*算法。同时采用DMA（动态窗口法）作为局部路径规划算法,通过搭建实际移动机器人,进行SLAM建图实验、自主导航实验和避障实验。【结果】实验结果表明,该机器人能够进行室内的自主导航并且在全局路径规划速度方面有较大的提升,使用改进后的A*算法后,平均路径规划效率提升了31.1%。【结论】本研究为我国移动机器人技术的发展和产业化提出了一种性能优越、成本低、结构简单的移动机器人设计方案。     

农业竞赛智能车控制算法设计与实现

介绍了一种智能车控制算法,利用RGB摄像头采集智能车的环境信息并进行图像处理,用于识别植株的病患情况,采用激光雷达感知环境,以cartographer算法为核心构建和优化SLAM导航地图,通过AMCL方法实现智能车的准确定位;利用A算法规划全局路径、TEB算法规划局部路径、DWA算法控制智能车运动速度,实现智能车的自主导航和自动避障功能。使用该算法的智能车,在中国机器人及人工智能大赛农业机器人竞赛喷药机器人项目地图中,能够实现自主导航、自动避障和植株患病程度识别三种功能,展现了良好的竞赛性能。     

SLAM技术及卷积神经网络（CNN）技术支持下的自动修剪机器人设计

为解决我国城市绿化植被修剪维护需求日益增多的问题,本研究设计了一种可应用于城市、园林等场所的绿化植被自动修剪巡航机器人。该机器人采用了SLAM技术和卷积神经网络（CNN）技术作为主要技术基础,使用Gmapping SLAM技术构建栅格地图,以实现在一定范围内的自动导航功能,并将卷积神经网络（CNN）算法与YOLOv3-spp算法相结合,进行视觉学习,使机器人能够进行深度学习和图像分析。仿真结果表明,该机器人可实现自主导航、视觉判别和精细化修剪等功能,能够准确辨别出需要修剪的植被,并进行精细修剪,提高了修剪效果和效率,在城市、园林等场所具有广阔的应用前景,为城市绿化管理提供了一种创新的解决方案。     

基于改进ORB-SLAM2的单目视觉算法

【目的】视觉SLAM算法受光照强弱或低纹理等场景的影响,导致产生特征提取鲁棒性差、位姿计算精度低等问题,为解决上述问题展开针对性研究。【方法】研究团队提出基于改进ORB-SLAM2的SuperPoint-SLAM算法模型,将ORBSLAM中的特征匹配模块替换成基于SuperPoint网络的特征匹配,并据此进行特征跟踪、局部建图、关键帧识别、回环检测、位姿估计。将改进后SLAM算法与ORB-SLAM2算法分别在freiburg3＿sitting＿xyz与freiburg3＿walking＿xyz＿validation两个数据集进行训练验证。【结果】SuperPoint-SLAM算法在动态环境中具有比ORB-SLAM2更高的定位精度,在特征点提取数量上提升近50%,轨迹误差减少0.008 m,而且在强弱光照条件下,基于SuperPoint网络的单目SLAM相较ORB-SLAM2有更强的鲁棒性。【结论】研究团队将利用Kinect2.0,基于SuperPoint与ORB-SLAM2,进一步进行稠密地图构建,实现机器人导航。     

基于AprilTag的畜牧自主移动机器人建图与定位

为获取畜牧自主移动机器人在规模化养殖场中的位置信息,提出一种基于二维码(AprilTag)的建图与定位算法.利用在机器人上的单目相机对布置在环境中AprilTag进行观测,并融合轮式里程计对机器人运动的测量,基于扩展卡尔曼滤波(EKF)估计出机器人的状态,在此基础上推算每张AprilTag在全局坐标系中的位姿.在回环前...     

自动移栽机作业质量监测系统的设计与试验

为实现自动移栽机实时作业质量信息的监控、反馈等功能,设计了一种可进行移栽机作业质量与运行轨迹的信息监测系统。使用工业相机并配合绝对值编码器,采集栽植钵苗的图像信息;使用计算机视觉技术对图像进行分析处理,识别栽植点是否存在钵苗,并将栽植点的经纬度坐标值按格式存储;创建GIS系统并加载地理位置信息文件,在地图中显示移栽机运行轨迹和漏苗信息等功能。试验表明:在移栽机正常工作下,钵苗识别准确率较高,GIS系统功能测试稳定,基本可以完成整体系统需求。