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。     

基于单目视觉的移动机器人SLAM系统构建

随着移动机器人相关关键技术的发展,室内移动机器人已经走进家庭,为人类提供清洁室内的服务。同步定位与地图构建是移动机器人研究的关键问题之一,同时也是增强现实技术的关键基础技术。本文构建基于单目视觉的移动机器人SLAM系统,远程主控机端主要完成位姿信息采集、图像采集、SLAM地图构建以及仿真等功能,移动机器人使用Turtle Bot3,使用激光距离传感器和Intel RealSense 200相机对周围环境信息进行采集,以实时调整自身位姿。研究了相机不同标定方法,构建了地图,通过仿真验证了该系统对周围环境信息的采集能力,对自身位姿的调整能力,使移动机器人具备了移动能力,实现了SLAM功能。     

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。     

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。     

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。     

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。     

机器人在设施农业领域应用现状及发展趋势分析

机器人技术在设施农业领域的广泛应用,不仅大幅提升农业产量,也能够体现一个国家农业现代化科技水平。机器人操作系统ROS的兴起,逐渐成为国内外设施农业机器人研究开发的热点。对国内外机器人设施农业领域相关研究探讨分析,综述当前机器人在种苗嫁接移栽、喷药施肥、果蔬收获加工、畜禽健康养殖等设施农业领域方面的应用现状,总结归纳SLAM地图构建、自主导航、机器视觉三种机器人关键技术研究趋势,并对比分析路径规划中Dijkstra算法、BFS算法、A*算法的优缺点以及机器视觉在果蔬采摘分选等领域的发展趋势。面对农业向智慧农业方向发展,总结并展望设施农业机器人未来发展趋势。     

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。     

车辆导航立体视觉测量技术特征点匹配方法

车辆跟踪定位中的立体视觉算法,特征点匹配计算量大,误匹配概率高,实时性不强。对特征点匹配技术进行了研究,通过分析传统特征点提取方法的不足,提出了基于四边形约束的彩色标示特征点的匹配方法。试验表明,该方法匹配的准确率为100%,计算速度快、适应性强。     

基于Scan Context与NDT-ICP相融合的果园建图方法研究

由于果园环境复杂、树冠特征单一,且叶片会引起光线漫反射等因素,导致果园环境的地图构建过程中出现误匹配,增大建图的累计误差。针对以上问题提出一种基于Scan Context与NDT-ICP相融合的果园环境导航地图构建方法。该方法首先对Ring key进行快速地上层搜索,得到候选帧,并对候选帧与当前帧进行相似度评分,通过两阶段搜索算法来有效地检测回环以减少果园环境地图中的误匹配。同时使用基于正态分布变换粗配准与迭代最近点精确配准融合的点云配准方法降低果园环境地图的累计误差。试验结果表明,在KITTI数据集中使用半径搜索回环检测的回环数为42,使用Scan Context回环检测的回环数为51,回环数提高21.4%。NDT-ICP匹配算法的均方根误差为12.86 m,ICP匹配算法的均方根误差为15.11 m。在真实果园环境中使用半径搜索回环检测的回环数为196,使用Scan Context回环检测的回环数为261,回环数提高33.2%。该研究算法有效地降低果园环境地图构建过程中的误匹配、累计误差大的影响,满足果园环境下的高精度环境建图需求,为推进果园环境的无人化作业提供技术支撑。     

复杂动态场景下基于光流分割SLAM算法研究

针对目前主流SLAM(同时定位与建图)算法在动态环境中存在精度大幅下降的问题,提出了一种基于光流分割去除动态物体干扰的DY-SLAM(SLAM In Dynamic Environment)算法。该算法采用实例分割算法结合相邻帧图像之间的稠密光流对动态物体进行分割,在SLAM系统图像帧间匹配前剔除动态物体特征点,提高动态环境下的定位精度。使用公开数据集对算法进行评估,算法的RMSE提升最大可达21.59%,能够有效提高系统在复杂动态环境下的定位精度及鲁棒性。     

基于改进ORB-SLAM2的果园喷药机器人定位与稠密建图算法

针对果园喷药机器人视觉导航过程中定位精度低、地图构建效果差等问题，本文提出一种新的视觉定位与稠密建图算法。该算法基于ORB-SLAM2算法架构，首先，通过优化FAST角点、描述子阈值，并采取图像金字塔法与高斯滤波算法，剔除劣质ORB特征点，以提升图像关键帧质量和特征匹配精度。其次，引入稠密建图线程，利用点云恢复算法、统计滤波方法形成点云队列，采取点云拼接技术与体素滤波算法输出稠密点云地图，并在ORB-SLAM2算法的ROS节点中增加关键帧输出接口与位姿发布话题，通过NeedNewKeyFrame函数选取ORB-SLAM2算法所生成的关键帧，减少系统计算量。最终，由RGB-D相机实现果园喷药机器人的精准定位与稠密建图。为验证本文算法的有效性与实用性，进行TUM数据集仿真分析与真实场景测试，结果表明：相较ORB-SLAM2算法，本文算法的绝对轨迹平均误差降低44.01%、相对轨迹平均误差降低7.93%,ORB特征点匹配数量平均提升19.03%,定位精度与运行轨迹效果均有显著提升，此外，还能获取较高精度的果园喷药机器人工作场景信息。本文算法可为果园喷药机器人的自主导航提供理论基础。     

农业自动化喷雾机械标靶害虫自动识别系统的研究

农业喷雾对象的识别和定位是农业自动化喷雾机械研究中的核心技术之一。对病虫害甘蓝进行精准喷洒农药,实现病虫害准确自动识别成为关键。为此,利用机器视觉的欧氏距离甘蓝夜蛾虫害自动识别检测系统,结合由Qualityspec光谱仪组成的光谱成像系统,对甘蓝正常叶片和遭受甘蓝夜蛾虫害的甘蓝叶片的颜色特征和光谱特征进行分析,并采用机器视觉分割阈值选取中的Otsu算法和自适应波段选择方法提取出了颜色差异的最佳几何阈值和两种叶片的特征波段。试验结果表明:综合机器视觉和光谱技术能够实现甘蓝夜蛾虫害的自动且准确的识别,准确率可达94%。因此,建立机器视觉和光谱技术综合识别体系,可为农作物病虫害自动防治喷雾机器人的研制奠定基础,以达到农作物病虫害实时识别和及时治理的目的。     

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.     

基于机器视觉的火龙果自动分级系统设计

针对目前水果机械化分级效率低、效果差的现状和机器视觉技术在水果分级检测的应用前景,提出了利用机器视觉的技术对火龙果进行分级的方法。通过利用CCD摄像机和DSP处理器对火龙果进行缺陷检测及大小和色度的分级。试验结果表明:基于机器视觉的火龙果自动分级系统可以高效率、高准确率地实现对火龙果的自动分级,为后续产业化机器视觉水果分级系统提供了技术支持。     

机器视觉技术及其应用分析

首先概述了机器视觉技术的基本原理并分析了机器视觉系统的构建：接着论述了机器视觉技术的当前主要应用领域与情况;最后分析了现阶段机器视觉技术存在的问题。     

基于计算机视觉的农田残膜定位研究

介绍利用计算机单目视觉技术对农田残膜进行定位的方法。通过图像处理对残膜目标区域进行识别;利用最小外接矩形法确定残膜目标区域的形心,并基于形心点特征将识别后的残膜图像与原图像形心坐标进行匹配;最后对这两种坐标进行最小二乘拟合,获取匹配函数。结果表明,该方法所确定的残膜形心位置的偏差被控制在1.2cm以内,说明单目视觉技术可以较准确地定位农田中残膜的位置。