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《轮廓特征在SLAM算法中的应用研究》这篇硕士学位论文主要探讨了SLAM(同步定位和制图)算法在机器人科学和AR/VR领域的关键作用。SLAM算法旨在解决机器人实时定位和环境建模的问题,对于机器人导航和增强现实技术的发展至关重要。随着AR/VR领域的热度提升,SLAM算法的研究也变得越来越重要。 在实际环境中,由于传感器的误差,获取高精度的定位信息是一项挑战。这需要对传感器数据进行融合、滤波和优化处理。此外,随着时间的推移,需要优化的数据量线性增长,计算量的快速增加使得实时处理变得更加困难。长期使用中,累积误差的出现需要通过检测和处理回环来校正。 论文主要关注基于轮廓特征的单目视觉SLAM算法。传统的视觉SLAM算法通常依赖于特征点,但特征点方法存在一些缺点,如对像素颜色变化的依赖、特征点提取计算量大等。相比之下,轮廓特征可以减轻这些问题,因为它们的数量较少,尺度变化时仍能保持许多特性不变,通常不需要构建图像金字塔,因此在计算效率上优于特征点提取。而且,轮廓特征不依赖局部色彩复杂度,只需要有梯度差异就能提取。 论文实现了以下几点: 1. 使用轮廓进行帧间匹配,以求解相机的运动状态。 2. 以轮廓为特征建立环境地图,并实施回环检测,以减少累积误差。 3. 基于图优化框架优化SLAM算法的后端,求得相机的运动轨迹。 关键词包括:同步定位和制图、轮廓特征、计算机视觉。 这篇论文的贡献在于提出了一种新的SLAM方法,它利用轮廓特征提高了定位和建图的效率和鲁棒性,为解决实时定位和环境建模问题提供了新的思路。通过优化计算过程,该方法有望在资源有限的设备上实现高效运行,为移动机器人和增强现实应用提供更精确的定位服务。
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硕士学位论文
轮廓特征在 SLAM 算法中的应用研究
RESEARCH ON SLAM ALGORITHM BASED ON
CONTOUR FEATURE
汪路超
哈尔滨工业大学
2016 年 12 月
万方数据
国内图书分类号:TP391.4 学校代码:10213
国际图书分类号:621.3
密级:公开
工学硕士学位论文
轮廓特征在 SLAM 算法中的应用研究
硕士研究生
:
汪路超
导 师
:
王非 副教授
申 请 学 位
:
工学硕士
学科
:
微电子学与固体电子学
所 在 单 位
:
深圳研究生院
答 辩 日 期
:
2016 年 12 月
授予学位单位
:
哈尔滨工业大学
万方数据
Classified Index: TP391.4
U.D.C: 621.3
Dissertation for the Master Degree in Engineering
RESEARCH ON SLAM ALGORITHM BASED ON
CONTOUR FEATURE
Candidate:
Wang Luchao
Supervisor:
Associate Prof. Wang Fei
Academic Degree Applied for:
Master of Engineering
Speciality:
Microelectronics and Solid State
Electronics
Affiliation:
Shenzhen Graduate School
Date of Defence:
December, 2016
Degree-Conferring-Institution:
Harbin Institute of Technology
万方数据
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
- I -
摘要
SLAM(同步定位和制图)算法在机器人科学中具有重要地位。在机器人导航
领域,需要实时获取机器人和环境中特征物体的相对位置关系,进而建立包含机
器人和环境物体的坐标系,这正是 SLAM 算法需要解决的问题。近年来,持续升
温的 AR/VR 领域也需要 SLAM 算法来确定使用者的位置,也使得 SLAM 问题成
为研究的热点。
在真实环境中,机器人自带的传感器总是有误差的,这导致了获取一个高精
度的定位信息是困难的,通常需要对传感器数据做融合、滤波和优化处理;并且
传感器数据和机器人的运动之间的关系通常并不是显而易见的;随着时间的延长,
需要优化的数据也会线性增长,而优化的计算量增加更为迅速,实时获取信息的
需求使 SLAM 问题变得更难解决;最后,在长时间使用中,误差会不断积累,需
要检测运动轨迹中存在的回环来消除累计误差。
本文研究的是基于轮廓特征的单目视觉 SLAM 算法。在目前的视觉 SLAM 算
法上,基本都是使用特征点作为视觉特征,但是点特征会有一些缺点,如需要特
征点周围像素颜色变化有足够的复杂度,提取图像特征点计算量大等;而以轮廓
作为特征可以在一定程度上缓解这些问题。和上述问题相对应,图像中的轮廓数
量比特征点数量少很多,轮廓尺度变化时通常保持很多特性不变,通常不需要建
图像金字塔,所以在计算量上轮廓提取会比特征点提取小很多;轮廓特征并不要
求局部区域的色彩复杂度,只要有梯度差异提取出轮廓即可。
本文以轮廓为特征实现了 SLAM 算法。包括轮廓做帧间匹配,求解摄像机运
动;以轮廓为特征,建立环境地图,并做回环检测;基于图优化框架,实现 SLAM
算法后端优化,求取摄像机运动轨迹。
关键词:同步定位和制图;轮廓特征;计算机视觉
万方数据
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
- II -
Abstract
SLAM(simultaneous localization and mapping) algorithm has an important
position in the robot science. In the field of robot navigation, it is necessary to acquire
the relative position relationship between the robot and the environment object in real
time, and then establish the coordinate system which includes the robot and the
environment object. This is the problem that the SLAM algorithm needs to solve. In
recent years, the AR / VR field, which is continuously heating up, also needs the SLAM
algorithm to compute the position of the user, and makes the SLAM problem become a
hotspot.
In the real world, the sensors of the robot always have errors, which leads to the
difficulty of obtaining a high-precision location information. It is usually necessary to
fuse, filter and optimize the sensor data. And The relationship between the sensor data
and the motion of the robot is usually not obvious; the amount of data that needs to be
optimized grows linearly with time; finally, In the long-term use, the error will continue
to accumulate, need to detect the existence of the trajectory loop to eliminate the
cumulative error.
For a long time, many scholars have done a lot of attempts on the SLAM problem,
from the 1990s SLAM concept was formally proposed to the current SLAM algorithm
flourishing; from the initial laser, sonar sensors, to the visual sensor, and then To a
variety of sensor fusion; from the use of filtering methods to achieve state estimation, to
the present use of optimization to achieve full SLAM optimization, SLAM problem
research has made great progress.
In this paper, the monocular vision SLAM algorithm based on contour features is
studied. In the current visual SLAM algorithm, the feature points are used as the visual
feature, but the point feature has some shortcomings, such as the need for the
complexity of the color change around the feature point, a large amount of calculation,
and so on. While using the contour as a feature can alleviate these problems to a certain
extent. Corresponding with the above problem, the number of contours in the image is
much less than the number of feature points. When the contour scale changes, many
features remain unchanged. Generally, the image pyramid is not needed. So the contour
extraction is much smaller than the feature extraction in the complexity of calculation.
Contour feature does not require the color complexity of the local area, as long as there
is gradient to extract the contour.
Keywords: SLAM, contour feature, computer vision
万方数据
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