基于单目视觉的移动机器人定位算法研究

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1、硕士学位论文MASTER’SDISSERTATION论文题目基于单目视觉的移动机器人定位算法研究作者姓名王佳学位类别工程硕士指导教师朱奇光副教授2016年5月中图分类号：TP242.6学校代码：10216UDC：621.3密级：公开工程硕士学位论文(工程设计型)基于单目视觉的移动机器人定位算法研究硕士研究生：王佳导师：朱奇光副教授副导师：赵永辉申请学位：工程硕士工程领域：光学工程所在单位：信息科学与工程学院答辩日期：2016年5月授予学位单位：燕山大学ADissertationinOpticalEngineeringMOBILEROBOTBASEDONMONOC

2、ULARVISIONbyWangJiaSupervisor:AssociateProfessorZhuQiguangYanshanUniversityMay,2016燕山大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文《基于单目视觉的移动机器人定位算法研究》是本人在导师指导下，在燕山大学攻读硕士学位期间独立进行研究工作所取得的成果。论文中除已注明部分外不包含他人已发表或撰写过的研究成果。对本文的研究工作做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明。本声明的法律结果将完全由本人承担。作者签字：日期：年月日燕山大学硕士学位论文使用授权书《基于单

3、目视觉的移动机器人定位算法研究》系本人在燕山大学攻读硕士学位期间在导师指导下完成的硕士学位论文。本论文的研究成果归燕山大学所有，本论文的研究内容不得以其它单位的名义发表。本人完全了解燕山大学关于保存、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关部门送交论文的复印件和电子版本，允许论文被查阅和借阅。本人授权燕山大学，可以采用影印、缩印或其它复制手段保存论文，可以公布论文的全部或部分内容。保密□，在年解密后适用本授权书。本学位论文属于不保密□。（请在以上相应方框内打“√”）作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日摘要摘要视觉传感器具有感知速度快、鲁棒性高、实现简单等

4、优点，能够为移动机器人提供丰富的图像信息，对研究基于视觉系统的移动机器人定位具有重要意义。然而由于视觉传感器获取的图像信息过于复杂，同时系统自身存在不稳定性等因素，基于视觉系统的移动机器人定位仍然存在较多难点。为进一步使得机器人高效准确的定位，本文主要就单目视觉移动机器人在环境中的定位问题展开各项研究。主要研究内容如下：首先，简述本课题的国内外研究背景及意义，通过对理论知识和研究现状的分析，阐述移动机器人视觉定位算法现存在的各项技术问题，并建立基于视觉系统的移动机器人相关模型。其次，针对SURF算法提取特征点数量大，当图像发生较大视角和噪声变化时，提取特征点不稳

5、定的问题进行改进，提出利用双树复小波变换提取图像低频内容，并将其作为改进算法的输入图像。通过采用3D非极大值抑制求取图像不同尺度下的特征点，计算图像Gaussian-Hermite矩，重新确定Hessian矩阵，检测稳定边缘特征点，并通过MATLAB实验仿真，验证改进算法性能。再次，针对图像特征点提取与匹配实时性较差和正确匹配率低的问题，提出利用向量点积取代欧氏距离度量法衡量描述子间的相似度；为进一步提高搜索效率和精度，采用随机KD树算法对特征点进行匹配并通过PROSAC算法剔除误匹配对。最后通过仿真实验对改进算法性能进行验证分析，验证算法的有效性和实时性。最后

6、，结合自适应粒子滤波算法，实现移动机器人在室内环境中的视觉定位。针对粒子滤波算法计算复杂，粒子集贫化的缺陷，提出利用特征匹配相似性系数不断更新自适应滤波算法中各粒子的权重系数，实时调整粒子集数目，减少算法计算量，提高系统实时性。关键词：移动机器人；图像匹配；SURF；向量点积；自适应粒子滤波-I-燕山大学工程硕士学位论文AbstractBecauseoftheadvantageofuniquesimplerealization,fastperceptualspeedandhighrobustnessforvisualsensor,themobilerobotis

7、researchedandexploredbyscholarsathomeandabroad.However,becauseofthecomplexityofthevisualsensorsimageinformationandtheinstabilityfactorsofsystem,mobilerobotlocalizationbasedonvisualsystemstillexistsbiggerdefectsanddifficulties.Inordertoacquirehigheraccuracyrate,thispapermainlycarryonr

8、esearchabout