移動機(jī)器人單目視覺SLAM中環(huán)路閉合檢測問題研究.pdf

1、移動機(jī)器人的同步定位與地圖創(chuàng)建(SLAM)是移動機(jī)器人領(lǐng)域的核心問題，也是移動機(jī)器人實(shí)現(xiàn)真正自主運(yùn)行的重要條件之一。這一問題是指機(jī)器人在未知環(huán)境中構(gòu)建地圖，同時使用該地圖進(jìn)行定位與導(dǎo)航。當(dāng)前使用視覺傳感器作為主要信息獲取來源的SLAM技術(shù)，即vSLAM(vision-based SLAM)引起了研究者廣泛關(guān)注，并且已有很多優(yōu)秀的研究成果。
　　 移動機(jī)器人在地圖創(chuàng)建與位姿估計中都會有累積誤差存在，這將導(dǎo)致機(jī)器人在完成同步定位與地

2、圖創(chuàng)建的過程中環(huán)路無法閉合，即無法判斷是否回到已探索區(qū)域，進(jìn)而妨礙機(jī)器人完成SLAM任務(wù)。機(jī)器人在大規(guī)模非結(jié)構(gòu)化環(huán)境中運(yùn)行的環(huán)路閉合檢測問題目前仍是具有挑戰(zhàn)性的問題。本文將對環(huán)路閉合檢測問題進(jìn)行深入研究，目標(biāo)是在圖像檢索框架下設(shè)計視覺系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)在線環(huán)路閉合檢測。完成的主要工作如下：
　　 (1)分析了機(jī)器人視覺系統(tǒng)中常用的視覺特征及相關(guān)應(yīng)用。重點(diǎn)關(guān)注局部特征的提取過程，并以SURF特征為例進(jìn)行了詳細(xì)介紹。對多種圖像特征進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)

3、評估，通過實(shí)驗(yàn)說明SURF特征適用于機(jī)器人視覺系統(tǒng)。
　　 (2)分析了基于擴(kuò)展卡爾曼濾波的SLAM方法以及基于粒子濾波的FastSLAM方法的相似與差異，介紹了本文所采用的底層SLAM方法。
　　 (3)在圖像檢索框架下，設(shè)計了一種適于大規(guī)模環(huán)境的在線環(huán)路閉合檢測算法。應(yīng)用機(jī)器人運(yùn)行過程中采集的圖像構(gòu)建自適應(yīng)詞匯樹，對樹的自適應(yīng)增長與固定結(jié)構(gòu)樹的檢索效果進(jìn)行了比較，嘗試采用不同方法去除錯誤匹配來實(shí)現(xiàn)環(huán)路閉合檢測。在Li