基于單目視覺的掃地機器人定位算法設計及實現(xiàn).pdf

1、掃地機器人逐漸走入人們的日常生活中，目前國外許多掃地機具備視覺導航定位功能，清潔效果好但價格昂貴。相比國外，國內(nèi)視覺定位掃地機器人剛起步，性能仍存在差距。針對這一現(xiàn)狀，本文設計并實現(xiàn)了一種基于室內(nèi)天花板的掃地機器人單目視覺定位算法，使用低成本的視覺傳感器實現(xiàn)了精度較高和魯棒性較強的定位效果。本文主要工作如下:
　　1.建立定位模型。根據(jù)圖像像素坐標系、攝像機坐標系、機器人坐標系、世界坐標系之間的轉換關系，建立了掃地機器人單目視覺定

2、位算法的數(shù)學模型，得出兩幀之間的位姿求解公式，并進行誤差傳播分析，以此確定了像素間距離的閾值。
　　2.改進天花板圖像處理算法。本文通過對圖像網(wǎng)格化、融合FAST與Shi-Tomasi特征點提取算法、對特征點添加方向信息等策略，設計并實現(xiàn)了一種改進的特征點提取算法，提取的特征點在圖像中分布均勻，適用于處理能力有限的嵌入式系統(tǒng)。使用慣性測量數(shù)據(jù)縮小特征點匹配范圍，改進了特征點匹配算法，實驗表明改進的匹配算法大幅減少了誤匹配與耗時。<

3、br>　　3.消除增量式視覺里程計帶來的累積誤差，并減輕存儲運算壓力。通過改進關鍵幀的選擇策略以及剔除冗余關鍵幀，提升算法運行效率。采用改進基于關鍵幀的回環(huán)檢測算法，結合全局位姿優(yōu)化消除累積誤差。對于在平面運動的掃地機器人，添加局部以及全局平面約束，提高定位算法的精度。
　　4.驗證算法的有效性。將算法實現(xiàn)并移植到嵌入式掃地機器人平臺上，在OptiTrack真實軌跡捕捉系統(tǒng)內(nèi)進行了多組定位實驗，對視覺定位軌跡進行絕對軌跡誤差分析。