基于分散模块化技术的机器人同时场景识别与重建

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1、中文图书分类号：TP24密级：公开UDC：621.3学校代码：10005硕士学位论文MASTERALDISSERTATION论文题目：基于分散模块化技术的机器人同时场景识别与重建论文作者：董政胤学科：控制科学与工程指导教师：贾松敏论文提交日期:2016年6月29UDC：621.3学校代码：10005中文图书分类号：TP24学号：S201302122密级：公开北京工业大学工学硕士学位论文题目：基于分散模块化技术的机器人同时场景识别与重建英文题目：RECOGNITIONANDMAPPINGRECONSTR

2、UCTIONFORROBOTBASEDONDISTRIBUTEDMODULARTECHNOLOGY论文作者：董政胤学科专业：控制科学与工程研究方向：模式识别与智能系统申请学位：工学硕士指导教师：贾松敏教授所在单位：电子信息与控制工程学院答辩日期：2016年6月授予学位单位：北京工业大学独创性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工业大学或其它教育机构的学位

3、或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名：董政胤日期：2016年6月12日关于论文使用授权的说明本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。（保密的论文在解密后应遵守此规定）签名：董政胤日期：2016年6月12日导师签名：贾松敏日期：2016年6月12日摘要摘要为了实现室内三维地图与语义信息的关联

4、，要求机器人在室内移动过程中，不仅要建立可靠的环境地图，同时要对场景中景物进行分类识别。而三维地图创建、物体识别与分类等关键技术都是面向复杂图像数据的处理任务，严重制约移动机器人工作的实时性和准确性。针对上述问题，本文从移动机器人物品识别和三维场景重建关键性技术出发，实现一种基于分散模块化的机器人同时场景物识别与地图重建系统。在该系统中，本文在RGB-D信息基础上，利用图像像素局部的八连通结构，融合深度优先算法优化原始深度图，并通过采用RANSIC改进的ICP位姿估计方法进行环境地图的三维重建；同时引

5、入基于卷积深度学习模型的物体识别系统，实现对室内环境物品的识别与分类；并且采用分散模块化技术对整体系统进行改进，提高系统的实时性和系统功能集成、扩展与升级的灵活性。最后针对分散模块化后出现的系统信息处理不同步问题，提出为增加同步标识的方法，将识别与重建两个处理进程并行统一于分散模块化机器人系统。本文主要工作有如下几方面：引入卷积深度学习模型实现机器人的场景物识别与分类。针对机器人物品识别问题，本文引入卷积深度学习模型，在识别过程中搭建8层深度卷积神经网络，其中包括5层卷积层和3层全连接层。本文中采用C

6、affe架构，并通过ImageNet的数据进行训练，经CUDA加速算法，实现机器人实时场景物识别与分类。实现基于RGB-D信息的三维场景构建技术通过Kinect获取场景的彩色和深度图像，结合深度优先算法对原始深度图进行滤波，引入关键帧机制，并结合RANSAC的ICP迭代近邻点算法求解机器人位姿，将深度信息变换为三维点云，进而生成三维地图。采用分散模块化技术改进整体系统结构采用分散模块化技术，将识别系统与重建系统进行并行化，为原始图像增加同步标识，不仅在提高系统实时性的同时使系统结构更加灵活，而且增加了

7、功能构件可重用性，使系统具备跨平台和兼容多种编程语言的优点。以先锋3为实验机器人平台，在实验室的真实环境下，对本文所述的分散模块化机器人系统进行实验，实验结果验证了本文所提出的基于分散模块化技术的机器人同时场景识别与重建方法的可行性和有效性。关键词：分散模块化；深度学习；三维重建；机器人；-I-AbstractAbstractInorderassociate3Dmapwithindoorandsemanticinformation,itrequiresindoormobilerobotnotonlyt

8、oestablishasecureenvironmentmap,whileclassifiesthescene.Thelargecomputingcomplexitywhichkeytechnologiesof3Dmapping,objectclassificationhad,hasrestrictedthedevelopmentoftherobot.Tosolvetheseproblems,thisarticleimplementsasimultane