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《哈尔滨工程大学》 2010年
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基于全景视觉的移动机器人同时定位与地图创建方法研究

王玉全  
【摘要】:基于视觉传感器的移动机器人同时定位与地图创建是当前机器人技术研究中非常活跃的一个研究方向。全景视觉以其视角范围大、获取信息丰富的优点在移动机器人领域得到了越来越多的应用。通常对全景视觉图像信息的处理需要对其进行展开,算法复杂、实时性差,且基于视觉的同时定位与地图创建算法的时间复杂度过高,难以达到实时性。本文针对全景视觉的丰富信息难以准确和实时处理的问题,在不需要对图像进行展开的情况下,对基于全景视觉的移动机器人同时定位与地图创建方法进行了研究。 首先,研究全景图像特征提取及匹配方法并对其进行改进。利用尺度不变特征提取SIFT提取全景图像特征。在全景图像的有效区域内,提出一种特征匹配的角度约束准则消除错误匹配;提出一种基于采样和Mean Shift算法的改进SIFT方法,在不需要对全景图像进行展开的情况下,利用控制采样点数量来控制特征点的数量,利用Mean Shift算法主动寻找尺度空间中的局部极值点。实验证明改进算法提高了特征提取与匹配的效率,提取出的特征点在图像序列中可以进行稳定而准确的匹配。 其次,研究了基于全景视觉的移动机器人SLAM方法。给出四轮机器人的两轮差动简化运动模型,介绍了全景视觉成像原理与全景视觉传感器设计方法,并给出了本文使用的全景视觉成像系统参数。通过对全景成像过程的分析,建立了基于全景视觉的移动机器人SLAM系统感知模型,从全景图像的像素坐标中利用初始运动信息获得了特征点相对于移动机器人的三维位置信息。将运动模型和感知模型相结合,递推地得到了移动机器人同时定位与地图创建的结果。 再次,研究了基于贝叶斯滤波的全景视觉移动机器人SLAM方法,将含有噪声的运动模型与含有噪声的全景视觉感知模型结合起来,通过迭代得到更准确的系统状态估计。实验证明贝叶斯滤波大大提高了系统状态估计的准确性,其中以FastSLAM的时间效率为最优。其应用的主要问题在于其数据关联的时间复杂度,通过对算法精度与时间复杂度进行综合分析,选取FastSLAM算法作为全景视觉移动机器的SLAM方法。 最后,研究了基于全景视觉的移动机器人SLAM时间优化方法。利用改进SIFT方法减少SLAM过程中的特征点数量和特征提取匹配的时间,通过实验验证了该方法对SLAM时间优化的有效性和稳定性。根据全景视觉特征点的匹配次数与连续性,提出一种特征库的动态管理方法,提高了特征库中特征的利用率和SLAM算法数据关联的效率,为基于全景视觉的移动机器人SLAM提供了一种实时性较好的解决方案。
【学位授予单位】:哈尔滨工程大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TP242

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【引证文献】
中国重要会议论文全文数据库 前1条
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中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 吴叶斌;基于全景视觉的移动机器人SLAM方法研究[D];哈尔滨工程大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前4条
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【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国博士学位论文全文数据库 前5条
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中国硕士学位论文全文数据库 前5条
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【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 刘善磊;张亮;;基于相位相关和SURF算法的关键帧实时匹配研究[A];江苏省测绘学会2011年学术年会论文集[C];2011年
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6 黄进;胡英;马孜;汪洋;;弧形扫描系统关键技术研究[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
7 ;Bearings-only Multi-Sensor Multi-Target Tracking Based on Rao-Blackwellized Monte Carlo Data Association[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
8 张应博;秦钟;王法胜;;神经网络训练中的粒子滤波算法[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
9 周凯;范瑞霞;李位星;;一种基于SIFT的MeanShift-粒子滤波融合跟踪算法[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 樊建聪;分布估计学习算法研究[D];山东科技大学;2010年
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1 宋抗;压缩机活塞圆度误差数字检测系统研究[D];河南理工大学;2010年
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【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国博士学位论文全文数据库 前4条
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中国硕士学位论文全文数据库 前8条
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【二级引证文献】
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【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 李焱;大时延遥操作技术及虚拟现实技术研究[D];国防科学技术大学;2002年
2 项志宇;基于激光雷达的移动机器人障碍检测和自定位[D];浙江大学;2002年
3 王建明;多目标模糊识别优化决策理论与应用研究[D];大连理工大学;2004年
4 孙振平;自主驾驶汽车智能控制系统[D];国防科学技术大学;2004年
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6 陈华华;视觉导航关键技术研究:立体视觉和路径规划[D];浙江大学;2005年
7 庄严;移动机器人基于多传感器数据融合的定位及地图创建研究[D];大连理工大学;2004年
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10 吴伟;基于二维地图匹配的机器人定位关键技术研究[D];东北大学;2006年
中国硕士学位论文全文数据库 前8条
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4 刘伟;RoboCup中型组机器人全景视觉系统设计与实现[D];国防科学技术大学;2004年
5 余其兵;基于trace变换的人脸认证系统及相关技术的研究[D];大连理工大学;2006年
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7 吴刚;基于局部特性的手腕骨X射线图像增强算法研究[D];昆明理工大学;2006年
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【相似文献】
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8 宋轶群,杜华生,王德新,程刚;一种全自主移动机器人控制系统研究[J];机械与电子;2004年08期
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10 彭刚,黄心汉,杨涛,高健,伍翼,熊有伦;基于神经网络和模糊推理的移动机器人行为决策与控制[J];华中科技大学学报(自然科学版);2004年S1期
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1 张鑫;闫茂德;刘玉东;巨永锋;;未知环境下基于禁忌搜索的移动机器人自主导航[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
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5 周火凤;马保离;;离轴式拖车移动机器人的路径跟踪控制[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
6 周光明;陈宗海;胡玉锁;陈春林;;复杂未知环境下移动机器人自主探测算法研究[A];'2003系统仿真技术及其应用学术交流会论文集[C];2003年
7 鲁守银;马培荪;姜葵峰;;基于机器人的锅炉鳍片管道自动检测技术[A];首届信息获取与处理学术会议论文集[C];2003年
8 关胜晓;许心德;曹洋;张彦;;移动机器人避开运动障碍物的策略[A];'2010系统仿真技术及其应用学术会议论文集[C];2010年
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10 王鸿鹏;刘景泰;;基于非线性Kalman滤波器的轮式滑动转向移动机器人定位误差分析[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
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5 王笑梅;沈阳机器人开始首次南极科考之旅[N];辽宁日报;2007年
6 通讯员 张婵记者 毕玉才 苗家生;国产机器人将首次登上南极[N];光明日报;2007年
7 本报记者  贾旮菲;“新松”恨不高千尺[N];现代物流报;2006年
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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9 王明昕;移动机器人运动学分析研究及本体结构设计[D];南京航空航天大学;2004年
10 宋威;基于信息素的群体移动机器人控制系统研究[D];武汉理工大学;2010年
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