基于单摄像头的同时定位与地图创建方法研究

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1、摘要同时定位与地图创建是指在未知环境下，通过传感器测量周围环境数据，逐渐估计自身位置和运动状况，并且估计和描绘周围环境地图的过程。这一技术使得移动机器人在工业、军事、民用和科学探索等等领域能够承担越来越多的复杂任务。在同时定位与地图创建中，摄像头相比使用其它传感器，有经济，小巧、容易使用和获取信息完整的优点。而使用单摄像头取代多个摄像头，能够在不影响研究系统理论架构的前提下，使实验平台更加简单。本文旨在研究和实践基于视觉传感器的同时定位与地图创建的方法，并主要针对现在世界上较为领先的基于视觉的同类工作中视觉特征提取、描述和跟踪的部分伴随的问题进

2、行分析，最后结合实验，提出一种更加适合室内场景下视角连续变化较大的的视觉特征处理算子，提高了路标特征跟踪的精确性和稳定性，从而使得同时定位与地图创建工作能够更加准确有效地进行。关键词：同时定位与地图创建视觉单摄像头特征提取特征描述特征跟踪扩展卡尔曼滤波AbstractSimultaneousLoCalization锄dMapping(SLAM)isaprocessofsensing，estimatingself-loCationaIldstate，andChaningamapoftheunknownsu盯oundings．Itgua舢teesr

3、obotstheabilityt0carry0nmoreaIldmorecomplicatedtasl【S．C0mparedwithothcrsensorsforrdbots，姗eraismorecconomical，smaller-sized，easiert0useaIldmoreinf0加ative．Besides，usingasin百ecamerasimplifiedthewholeSLAMresearchsystemwiththes锄etheorym曲ework硒thoseusingmorccameras．11lispaperaimst

4、0research柚dpractiseVision．basedSLAMtlle耐es，mailllybyaIlalyzingvisualfeaturep加lcessingprobl锄sinrelatedwo咄柚dfinallypfcsentiIlgamorerobustvi鲫alfeatureoperatorforthetestscenewhereViewpointch柚ges伊eatlyiIltheinlagcseries．nepresentedmethodenh柚ceslandmarkfeaturetrackingacCllracy锄dst

5、ability，whichtherefbreilllprovetheSLAMpe—Iom龃ce·Keywords：SimultaneousI脱alizationaIldMapping(SLAM)，vision，MonocIllar锄era，fcatufcdetection，fcaturcdescription，featuretracking，ExtendedKalm柚Filte血g(EⅪ：)．2．第一章·绪论1．概述随着电子技术、计算机技术、信号处理理论和人工智能理论的发展，应用于机器人领域的同时定位与地图创建(SIAM)获理论和技术有了长足的

6、进步，在工业、军事、民用和科学探索等等领域都有着广泛的应用空间：如工业上实时监视控制生产线，军事上对敌方控制地区的侦查，雷区扫雷；民用方面的辅助驾驶或导航系统和机器外科手术的定位【1J：科学探索时候深入一些危险的环境采集样本和观测等等。同时定位与地图创建，是指一个移动的传感器平台实时地描述它所处的环境，同时估计自身的运动情况这样一件事情。贝叶斯理论已经被反复证明能够完成这件任务【2】，而目前SLAM理论正被应用到越来越多的实际机器人系统中去。现在世界上对同时定位与地图创建的研究也很多，有基于航位推算传感器的13J，有基于视觉传感器的【4l，有使

7、用栅格法进行定位的【5】【6l，也有使用粒子滤波实现对定位的非线性估计的17JI引。许多使用了同时定位与地图创建技术的系统，都能够在特定的环境中有较好的自主行进并完成任务的表现【9】【101。2．传感器同时定位与地图创建，需要系统在自身位置和环境地图都未知的初始条件下逐渐建立地图并同时估计自身位置和运动状况，所以传感器是必备的。在这方面常用的传感器有GPS、惯性导航仪、超声测距仪、毫米波雷达、激光雷达和摄像头等等。GPS终端是全球定位系统(GPS)的一部分。GPS利用同一时刻天空中超过4颗的人造卫星对地球表面任意点进行三维定位，民用精度达到+／

8、．10米。同时GPs终端价格低廉，因此非常适合大范围、精度要求不特别高的定位和自主导航，比如民用车载导航系统等等。至于GPS的缺点，首先它的精度不高，