基于orb关键帧闭环检测算法的slam方法研究

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1、硕士学位论文(学术型)论文题目：基于ORB关键帧闭环检测算法的SLAM方法研究作者姓名：余杰指导教师：艾青林（教授）学科专业：机械工程所在学院：机械工程学院提交日期2016年05月浙江工业大学硕士学位论文（学术型）基于ORB关键帧闭环检测算法的SLAM方法研究作者姓名：余杰指导教师：艾青林(教授)浙江工业大学机械工程学院2016年05月DissertationSubmittedtoZhejiangUniversityofTechnologyfortheDegreeofMasterRealizationofSLAMBasedonImprov

2、edORBKeyFrameDetectionandMatchingCandidate:YuJieAdvisor:Prof.AiQing-linCollegeofMechanicalEngineeringZhejiangUniversityofTechnologyMay2016浙江工业大学硕士学位论文（学术型）基于ORB关键帧闭环检测算法的SLAM方法研究摘要在未知环境下，机器人通过传感器获取外部环境信息，实现位姿估计并增量式地构建环境模型，进而确立自身的全局位置，上述过程称为机器人同时定位与地图构建(SimultaneousLocaliz

3、ationandMapping，SLAM)。SLAM问题是目前机器人研究热点之一，对实现机器人任务规划、自主控制具有重要的理论意义和应用价值。基于图优化方法的RGB-DSLAM系统框架采用RGB-D传感器，可在获取彩色图像的同时得到环境深度信息，减少三维重构计算开销，因而受到了广泛研究与应用。SLAM系统框架中的闭环检测可校正传感器误差与配准错误，是减少地图定位漂移，提高地图一致性，实现健壮SLAM的重要算法。本文基于ORB关键帧闭环检测算法，实现了一种健壮、实时的RGB-DSLAM系统框架，本研究主要工作和成果如下：首先，详细介绍了RG

4、B-D传感器的成像原理及内外参数模型，标定基本原理。通过彩色相机与深度相机标定，相机坐标变换实现彩色与深度相机的视角标齐，为后续特征匹配、帧间配准提供视角一致的小畸变图像信息；其次，对特征点检测算法进行了研究，分析对比SIFT、FAST特征检测算法及SIFT、BRIEF特征描述子方法。为满足SLAM实时性强的系统特性，研究并改进基于FAST特征检测与BRIEF特征描述的ORB算法，增强了图像特征匹配的旋转不变性与实时性；再次，系统地研究了基于图优化的SLAM方法。提出一种基于ORB关键帧闭环检测的改进SLAM系统框架，建立了关键帧闭环匹配

5、算法与SLAM之间的关系；然后，分析了特征检测与描述子建立、帧间配准、位姿变化估及闭环检测等算法对SLAM实时性与鲁棒性的影响。系统前端通过ORB算法加快了图像特征点检测与描述子建立速度；结合相机小孔模型与深度信息，将二维图像转换为三维彩色点云；通过随机采样一致性(RANSAC)与最近迭代点(ICP)相结合的RANSAC-ICP算法，实现机器人在初始配准不确定的条件下精确位姿估计。基于ORB关键帧词袋闭环检测算法将关键帧的特征点聚类成为字典，根据字典单词间的相似度判断是否形成场景闭环，修正位姿错误。通过闭环检测可减少地图冗余结构，生成具有

6、一致性的地图；最后，通过标准测试数据集，以帧间配准速度及绝对轨迹误差(ATE)的均方根值(RMSE)为评价标准，对改进SLAM系统的实时性与鲁棒性进行评价。与传统RGB-DSLAM系统框架结果进行了对比，结果验证了本文提出的改进SLAM方法的可行性和有效性；最后，搭建移动机器人实验平台，在不同实验环境下验证改进算法与系统框架I摘要的有效性，并对构图结果进行了分析。关键词：同时定位与地图构建，特征点检测与匹配，ORB关键帧提取，词袋闭环检测II浙江工业大学硕士学位论文（学术型）REALIZATIONOFSLAMBASEDONIMPROVED

7、ORBKEYFRAMEDETECTIONANDMATCHINGABSTRACTInunknownenvironment,robotobtainstheexternalenvironmentinformationthroughsensors,incresmentallyconstructsandupdatesamapoftheenvironment,andsimultaneouslyestimatesitsposeintheglobalenvironmentmodel,thisprocessistherobotSimultaneousLoc

8、alizationandMapping(SLAM).SLAMhasbeenoneofthemostpopularroboticresearchfields,ithastheoreticalsi