移动机器人RGBD视觉SLAM算法.PDF

２０１８年 １０月 农 业 机 械 学 报 第 ４９卷 第 １０期 ｄｏｉ：１０．６０４１／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００１２９８．２０１８．１０．００５ 移动机器人ＲＧＢ Ｄ视觉ＳＬＡＭ算法 １，２ １，２ １，２ １，２ １，２ 陈　劭 　郭宇翔 　高天啸 　宫清源 　张军国 （１．北京林业大学工学院，北京 １０００８３；２．林业装备与自动化国家林业和草原局重点实验室，北京 １０００８３） 摘要：针对移动机器人视觉同步定位以及地图构建（Ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎａｎｄｍａｐｐｉｎｇ，ＳＬＡＭ）研究中存在精确 度较低、实时性较差等问题，提出了一种用于移动机器人的 ＲＧＢ Ｄ视觉 ＳＬＡＭ算法。首先利用定向二进制简单 描述符（Ｏｒｉｅｎｔｅｄｆａｓｔａｎｄｒｏｔａｔｅｄｂｒｉｅｆ，ＯＲＢ）算法提取 ＲＧＢ图像的特征点，通过基于快速近似最邻近（Ｆａｓｔｌｉｂｒａｒｙ ｆｏｒａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｎｅａｒｅｓｔｎｅｉｇｈｂｏｒｓ，ＦＬＡＮＮ）的双向邻近（Ｋｎｅａｒｅｓｔｎｅｉｇｈｂｏｒ，ＫＮＮ）特征匹配方法得到匹配点对集合， 利用改进后的随机抽样一致性（Ｒｅｅｓｔｉｍａｔｅｒａｎｄｏｍｓａｍｐｌｅｃｏｎｓｅｎｓｕｓ，ＲＥ ＲＡＮＳＡＣ）算法剔除误匹配点，估计得到 相邻图像间的６Ｄ运动变换模型，然后利用广义迭代最近点（Ｇｅｎｅｒａｌｉｚｅｄｉｔｅｒａｔｉｖｅｃｌｏｓｅｓｔｐｏｉｎｔ，ＧＩＣＰ）算法得到优化 后的运动变换模型，进而求解得到相机位姿。为提高定位精度，引入随机闭环检测环节，减少了机器人定位过程中 的累积误差，并采用全局图优化（Ｇｅｎｅｒａｌｇｒａｐｈｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ，Ｇ２Ｏ）方法对相机位姿图进行优化，得到全局最优相机 位姿和相机运动轨迹；最终通过点云拼接生成全局彩色稠密点云地图。针对所测试的 ＦＲ１数据集，本文算法的最 小定位误差为００１１ｍ，平均定位误差为００２４５ｍ，每帧数据平均处理时间为００３２ｓ，满足移动机器人快速定位建 图的需求。 关键词：移动机器人；ＲＧＢ Ｄ；视觉同步定位与地图构建；广义迭代最近点；图优化 中图分类号：ＴＰ２４２６ 文献标识码：Ａ 文章编号：１０００１２９８（２０１８）１０００３８０８ ＲＧＢ ＤＶｉｓｕａｌＳＬＡＭ ＡｌｇｏｒｉｔｈｍｆｏｒＭｏｂｉｌｅＲｏｂｏｔｓ １，２ １，２ １，２ １，２ １，２ ＣＨＥＮＳｈａｏ 　ＧＵＯＹｕｘｉａｎｇ 　ＧＡＯＴｉａｎｘｉａｏ 　ＧＯＮＧＱｉｎｇｙｕａｎ 　ＺＨＡＮＧＪｕｎｇｕｏ （１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＢｅｉｊｉｎｇＦｏｒｅｓｔｒｙＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８３，Ｃｈｉｎａ ２．ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＮａｔｉｏｎａｌＦｏｒｅｓｔｒｙａｎｄＧｒａｓｓｌａｎｄＡｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎｆｏｒＦｏｒｅｓｔｒｙＥｑｕｉｐｍｅｎｔａｎｄＡｕｔｏｍａｔｉｏｎ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８３，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｖｉｅｗｏｆｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｓｏｆｌｏｗ ａｃｃｕｒａｃｙａｎｄｐｏｏｒｒｅａｌｔｉｍｅｉｎｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｏｆｖｉｓｕａｌ ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎａｎｄｍａｐｐｉｎｇ，ａＲＧＢ ＤｖｉｓｉｏｎＳＬＡＭａｌｇｏｒｉｔｈｍｆｏｒｉｎｄｏｏｒｍｏｂｉｌｅｒｏｂｏｔｓｗａｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｆｉｒｓｔｌｙ，ｆｅａｔｕｒｅｐｏｉｎｔｓｏｆＲＧＢｉｍａｇｅｗｅｒｅｅｘｔｒａｃｔｅｄｂｙｕｓｉｎｇｏｒｉｅｎｔｅｄｆａｓｔａｎｄｒｏｔａｔｅｄｂｒｉｅｆ （ＯＲＢ）ａｌｇｏｒｉｔｈｍ，ａｎｄｍａｔｃｈｉｎｇｐｏｉｎｔｐａｉｒｓｅｔｗａｓｏｂｔａｉｎｅｄｂｙｔｈｅｂｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌＫｎｅａｒｅｓｔｎｅｉｇｈｂｏｒ （ＫＮＮ）ｆｅａｔｕｒｅｍａｔｃｈ