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基于Kinect的移动机器人大视角3维V-SLAM
  • ISSN号:1002-0446
  • 期刊名称:《机器人》
  • 分类:TP24[自动化与计算机技术—控制科学与工程;自动化与计算机技术—检测技术与自动化装置]
  • 作者机构:[1]西安理工大学自动化与信息工程学院,陕西西安710048, [2]康考迪亚大学机械与工业工程系,加拿大蒙特利尔H3G 1M8
  • 相关基金:国家自然科学基金资助项目(61203345)
中文摘要:

针对大视角情况下,移动机器人3维视觉同步定位与地图构建(visual simultaneous localization and mapping,V-SLAM)性能下降的问题,提出了一种仿射不变特征匹配算法AORB(affine oriented FAST and rotated BRIEF)并在此基础上构建了基于Kinect的移动机器人大视角3D V-SLAM系统.首先对Kinect相机采集到的彩色RGB数据采用AORB算法实现具有大视角变化的相邻帧图像之间的快速有效匹配以建立相邻帧之间的对应关系;然后根据Kinect相机标定得到的内外参数以及对准校正后的像素点深度值将2D图像点转换为3D彩色点云数据;接着结合随机抽样一致性算法(RANdom Sample Consensus,RANSAC)去除3D点云中的外点,并利用RANSAC的内点进行最小二乘算法下机器人相邻位姿的估计;最后采用g2o(general graph optimization)优化方法对机器人位姿进行优化,从而建立3D V-SLAM模型.最终实现了移动机器人大视角3D视觉SLAM.基于标准数据集的离线实验和基于真实环境的机器人在线实验结果表明,本文所提出的匹配算法和所构建的3D V-SLAM系统在大视角情况下能完成局部模型的准确更新,成功地重构出环境模型并有效地估计出机器人的运动轨迹.

英文摘要:

To solve the performance degradation problem of the mobile robot 3D V-SLAM (visual simultaneous localization and mapping) in the presence of large viewing angle, an affine invariant features matching algorithm AORB (affine oriented FAST and rotated BRIEF) is proposed, and a mobile robot large viewing angle 3D V-SLAM system using Kinect camera is further developed. Firstly, AORB algorithm is adopted to implement the fast and efficient matching between ad- jacent frames captured by the Kinect RGB camera in the presence of large changes of viewing angle, and the corresponding relationship between adjacent frames is created. Secondly, 2D image points are converted into 3D color cloud data through using the calibrated intrinsic and extrinsic parameters of Kinect, and pixel depth values after alignment correction. Thirdly, the relative pose between adjacent frames is computed by using the least-squares algorithm after removing outliers using RANSAC (RANdom Sample Consensus). Finally, the 3D model is obtained by optimizing the resulting pose using g2o (general graph optimization). Mobile robot large viewing angle 3D V-SLAM is realized ultimately. Both the off-line (based on well-known and available benchmark data sets) and the online (with a developed mobile robot system) experimental testing show that the proposed matching algorithm and the developed 3D V-SLAM system can accurately update the local model, successfully reconstruct the environment model, and effectively estimate the motion trajectory of the mobile robot in the presence of large viewing angle.

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期刊信息
  • 《机器人》
  • 中国科技核心期刊
  • 主管单位:中国科学院
  • 主办单位:中国自动化学会 中国科学院沈阳自动化研究所
  • 主编:王越超
  • 地址:沈阳市南塔街114号
  • 邮编:110016
  • 邮箱:jqr@sia.ac.cn
  • 电话:024-23970050
  • 国际标准刊号:ISSN:1002-0446
  • 国内统一刊号:ISSN:21-1137/TP
  • 邮发代号:
  • 获奖情况:
  • 中文核心期刊(2000年)
  • 国内外数据库收录:
  • 荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国剑桥科学文摘,英国科学文摘数据库,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:11997