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融合IMU信息的双目视觉SLAM研究1
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第1章绪论11.1. 课题背景与意义11.2. 国内外研究现状21.2.1. 视觉 SLAM 研究现状 21.2.2. 视觉 SLAM 和 IMU 信息融合研究
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硕士学位论文
融合 IMU 信息的双目视觉 SLAM 研究
RESEARCH ON BINOCULAR VISION SLAM
WITH IMU INFORMATION FUSION
徐宽
哈尔滨工业大学
2018 年 6 月
国内图书分类号:U469.72 学校代码:10213
国际图书分类号:
656
密级:公开
工学硕士学位论文
融合 IMU 信息的双目视觉 SLAM 研究
硕 士 研 究 生
:
徐宽
导 师
:
刘志远教授
申 请 学 位
:
工学硕士
学 科
:
控制科学与工程
所 在 单 位
:
航天学院
答 辩 日 期
:
2018 年 6 月
授 予 学 位 单 位
:
哈尔滨工业大学
Classified Index: U469.72
U.D.C: 656
Dissertation for the Master Degree in Engineering
RESEARCH ON BINOCULAR VISION SLAM
WITH IMU INFORMATION FUSION
Candidate:
Xu Kuan
Supervisor:
Prof. Liu Zhiyuan
Academic Degree Applied for:
Master of Engineering
Speciality
:
Control Science and Engineering
Affiliation:
School of Astronautics
Date of Defence
:
June, 2018
Degree-Conferring-Institution:
Harbin Institute of Technology
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
I
摘 要
随着人工智能和机器人技术不断发展,机器人从原来的主要面向工业应
用不断的走入人们的生活,为大众做熟知。其中,服务机器人和物流机器人
很多已经商用,相信在不久的将来,机器人将在人们的生活中扮演越来越重
要的角色。对于移动机器人,定位一直是其的一个核心能力,而本文的目的
便是借助 IMU(Inertial measurement unit,惯性测量单元)的信息提升视觉
SLAM(simultaneous localization and mapping,即时定位与地图构建)的定
位性能。
首先,对于视觉信息的处理部分,本文分别综述了相机的针孔模型,双
目视觉模型等双目视觉的基础知识。然后又介绍了 FAST 特征点、BRIEF 描
述符和 ORB 特征点。之后又介绍了词袋模型如何用到回环检测,以及如何
进行回环的校正。
其次,对于 IMU 信息的处理部分,为了使 IMU 的频率和图像信息的频
率一致,本文建立了 IMU 的噪声模型和运动学模型,对 IMU 的测量量进行
了预积分,并推导了 IMU 测噪声传播方程,分析了在 IMU 的随机游走更新
的时候 IMU 预积分量更新的方式。
然后,为了利用两个传感器的信息估计位姿,本文利用非线性优化的方
法融合了 IMU 信息和视觉信息。之后还给出了一种对地图进行保存的方法,
以及如何利用地图进行定位。
最后,针对提出的算法设计并进行了实验。其中,标定实验标定出了双
目的内参和外参,相机 IMU 联合标定实验标定出了相机和 IMU 的外参。利
用 Euroc 数据集的实验对比了本文算法的定位结果和真实的 ground truth 之间
的误差。之后还利用了小觅双目相机对作者周围的环境进行了建图和定位的
实验,都取得了良好的结果。
关键词:定位;视觉 SLAM;惯性测量单元;信息融合;地图保存和复用
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
II
Abstract
With the development of artificial intelligence and robotics technology,
robots play a more and more important rule in people's lives. For mobile robots,
localization has always been a core capability. The purpose of This article is to
use the IMU (Inertial Measurement Unit) to improve the performance of the
visual SLAM (simultaneous localization and mapping).
First of all, this article introduces the camera's pinhole model, binocular
vision model, binocular distance measurement principle and other basic
knowledge of binocular vision. Then FAST feature points, BRIFF descriptors,
and ORB feature points is introduced. Afterwards, the method of loop detection
is introduced.
Secondly, this article establishes a noise model and a kinematics model for
the IMU, and pre-integrates the measured quantities of the IMU. And the noise
propagation equation is derived and the influence of random walk is analyzed.
Then, in this paper, IMU information and visual information are combined
using nonlinear optimization methods A method of saving the map and how to
use the map for more precise and fast localizatio is also given later .
Finally, experiments are designed and conducted based on the proposed
algorithm. Among them, the calibration experiment calibrated the parameters of
camera and the external parameters of the camera and the IMU. Experiments
using the Euroc dataset compare the error between the localization results of this
algorithm and the ground truth. Finally, the map of some real scene around us is
build using the mynt-eye binocular camera.
Keywords: localization, visual SLAM, IMU, information fusion, map saving
and reuse
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武藏美-伊雯
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